Волноводы

Новгородский государственный университет

имени Ярослава Мудрого

Институт электронных информационных систем

Кафедра «Проектирование и технология радиоаппаратуры»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ДЕТАЛЕЙ ЭС

Дисциплина для направления 210200 и специальности 210201

Волноводы

Для передачи энергии от генератора к нагрузке в СВЧ диапазоне используются волноводы. Волновод представляет собой полую, металлическую трубу, как правило, круглого или прямоугольного сечения (рис. 1).

Рисунок 1 - Внешний вид прямоугольного и круглого волноводов

Электромагнитная энергия передается по волноводу примерно так же, как вода по водопроводной трубе. В принципе, водопроводная труба, если ее тщательно очистить от грязи и накипи, вполне может быть использована и для транспортировки электромагнитных волн. Продолжая аналогию, можно заметить, что в местах протечки воды может просачиваться и электромагнитная энергия, поэтому сочленение отрезков волноводов необходимо производить как можно плотнее. Изготовление волноводов вещь не простая и дорогостоящая. В отличие от ржавых внутренностей водопроводной трубы внутренняя поверхность волноводов часто полируется и покрывается тонким слоем серебра. Очевидно, что переход с обычной двухпроводной линии на волноводы произошел не с целью экономии средств.

Остановимся более подробно на причинах такого перехода. Как уже отмечалось, с повышением частоты возрастает доля мощности, теряемой на излучение - это приводит к засорению эфира радиопомехами и отрицательно сказывается на состоянии радио- и электронных устройств. Поэтому уже в метровом диапазоне передача сигналов осуществляется по коаксиальному кабелю, представляющему собой двухпроводную линию, у которой один проводник выполнен в виде экранирующей оплетки, предотвращающей излучение энергии.

Однако при дальнейшем повышении частоты возрастают потери, связанные с затуханием сигнала в материале, заполняющем пространство между центральной жилой и оплеткой кабеля. При достаточно высокой частоте и большой передаваемой мощности это приводит к перегреву кабеля и выходу его из строя. Например, коаксиальный кабель РК-75 с полиэтиленовым наполнением и длиной 10 м на частоте 3 ГГц теряет 84% передаваемой мощности. Медный прямоугольный волновод при тех же условиях теряет всего около 5% мощности. Используя в качестве наполнителя материалы с малым затуханием, можно повысить уровень допустимой передаваемой мощности, а поскольку наименьшими потерями обладает воздушное заполнение, то кабель естественным образом трансформируется в коаксиальный волновод.

Конструктивно последний уже ничем не проще волноводов, изображенных на рис. 1, скорее даже наоборот, поэтому выбор типа волновода определяется уже не экономической целесообразностью, а различием в их характеристиках.

Большое значение имеет качество внутренней поверхности волновода. Чем выше шероховатость стенок волновода, тем длиннее путь СВЧ токов и тем быстрее происходит затухание волны. Поэтому для снижения потерь волноводы иногда полируют и покрывают тонким слоем серебра.В СВЧ технике встречаются волноводы с различным профилем поперечного сечения: П-образные, Н-образные, круглые, овальные и т.д. В микроволновых печах используются только прямоугольные волноводы, поэтому мы ими и ограничимся.

6 Изготовление корпусов волноводов холодным выдавливанием

Сущность метода холодного выдавливания заклю­чается в том, что под действием усилия, приложенного к инструменту, в заготовке возникает напряженное со­стояние, в результате которого деформируемый металл, доведенный до высокой пластичности, интенсивно течет в незамкнутую полость штампа.

В этот метод входят два способа выдавливания:

а) прямое

б) обратное.

При прямом выдавливании направление истечения металла заготовки совпадает с направлением перемещения пуансона,

при обратном — противоположно ему.

В производстве деталей волноводов широко распро­странено обратное выдавливание, позволяющее получать детали с более сложной конфигурацией полостей. Оно применяется для изготовления деталей волноводов, имеющих прямоугольные, Н и П-образное и поперечные сечения канала.

Методом холодного выдавливания изготовляют дета­ли волноводов в се­рийном и крупносе­рийном производст­ве. Холодное выдавливание обес­печивает:

1) идентичность деталей волноводов, так как их конфигу­рация формируется одним инструмен­том;

2) высокую чис­тоту поверхностей.

На рис. 13 а, б показана изготовленная методом хо­лодного выдавливания волноводная труба с одним флан­цем.

Рисунок 13 - Деталь волноводного корпуса, изготовленная методом холодного вы­давливания

Для такой конфигурации заготовку можно выбрать так, чтобы отходы при последующей обработке были ми­нимальны. Также частично устраняется возможность деформации канала волновода в процессе сборки с флан­цами.

Поскольку диаметр исходной заготовки обычно выбирают равным диаметру фланца, то необходимо предварительно степень деформации j, величина которого зависит от формы и размеров сече­ния волновода. Значение степени деформации влияет на величину и плотность зерен металла детали волновода, характер течения металла и качество изготовляемых деталей. Она определяется в зависимости от соотношения площадей исходной заготовки Fo и попе­речного сечения выдавливаемой детали F:

(7)

Для алюминия, меди и серебра степень деформации j не должна превышать 95%, для латуней Л62 и Л96— 70 и 90% соответственно. Уменьшить степень деформа­ции можно изменением формы поперечного сечения де­талей волноводов—заменой внешнего прямоугольного контура круговым (см. рис. 2.4) или увеличением тол­щины стенок.

При холодном выдавливании деталей волноводов в качестве исходной используются заготовки цилиндриче­ской формы.

Размеры исходной заготовки определяют по объему изготовляемой детали. Поскольку диаметр заготовки за­висит от размеров фланца, то объем детали определит высоту заготовки (объемы заготовки и детали равны).

В качестве материала заготовки используются медь или алюминий. Оба металла в отожженном состоянии обладают высокой пластичностью и малым удельным сопротивлением.

В исходной цилиндрической заготовке должно, быть получено центрально расположенное отверстие, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам ка­нала волновода изготовляемой детали. Заготовку полу­чают вырубкой. Для получения центральных отверстий используется прокалывание заготовки в специальном штампе (рис. 14).

Рисунок 14 - Штамп для прокалывания от­верстия в заготовке: 1-пуансон, 2-шаблон, 3-прокалывающий пуансон, 4-пуансонодержатель, 5-втулка, 6-направляющая

При прокалывании отверстия заго­товка помещается в шаблон 2, который одновременно служит направлением для направляющей 6 прокалы­вающего пуансона 3, закрепленного в пуансонодержателе 4. При опускании ползуна пресса верхний пуансон 1 через заготовку передает давление на направляющую 6, утапливая ее вместе с заготовкой внутрь штампа, втул­ка 5 опускается, сжимая выталкиватель штампа. Одно­временно пуансон 3 прокалывает отверстие в заготовке, причем избыточный ме­талл поступает в прорезь, выполненную в торце пу­ансона 1. При обратном ходе ползуна этот пуан­сон поднимается, а вытал­киватель возвращает в исходное положение всю подвижную систему ниж­ней части штампа, а одно­временно и заготовку.

Для снятия внутренних напряжений после прокалы­вания производится термообработка. Медные заготовки отжигаются либо в защитной, либо в нейтральной среде, алюминиевые—на воздухе.

Получение деталей волновода холодным выдавлива­нием ведется по схеме обратного выдавливания. Это упрощает конструкцию штампа и облегчает удаление деталей из него после выдавливания. Схема обратного выдавливания детали волновода с прямолинейным кана­лом дана на рис. 15.

Рисунок 15 - Схема процесса обрат­ного выдавливания деталей волно­вода с прямолинейным каналом: 1-разъёмная матрица, 2-формующий вкладыш, 3-пуансон-матрица, 4-выталкиватель

Предварительно смазанная исход­ная заготовка укладывается в полость А разъемной матрицы 1, состоящей из двух частей, таким образом, что формующий вкладыш 2 входит в центральное отвер­стие заготовки. При опускании ползуна пресса пуансон-матрица 3 выдавливает деталь, при этом полость ее фор­муется вкладышем 2.

По окончании процесса выдавливания (момент окон­чания фиксируется упорами) и подъеме пуансона 3 де­таль волновода остается в матрице из-за значительного сцепления стенок канала с формующим вкладышем 2. Включением нижнего выталкивателя 4 разъемная матрица 1 поднимается и одновременно готовое изделие снимается с формующего вкладыша 2.

Методом холодного выдавливания получают детали волноводов не только прямолинейные, но и с криволи­нейным каналом. При этом истечение металла происхо­дит в криволинейный канал пуансона-матрицы (рис. 16), которая делается разъемной для облегчения извлечения детали.

Рисунок 16 - Схема процесса обратного выдавливания волноводных деталей с криволинейным каналом.

Процесс характеризуется тем, что по его окончании пуансон-матрица вместе с изогнутым волноводом остает­ся в нижней части штампа. Нижний толкатель 4 подни­мает разъемную матрицу 1, формующий вкладыш 2 вы­ходит из канала заготовки 5, после чего осуществляется разъем матрицы 1, пуансона-матрицы 3 и изделие уда­ляется.

Этот метод применяется только для серийного произ­водства, в связи с нерентабельностью изготовления ма­лых партий волноводов из-за высокой стоимости инструментально-штамповой оснастки.

7 Изготовление прямоугольных и изогнутых волноводных труб круглого поперечного сечения

Круглый волновод представляет собой трубу с проводящей внутренней поверхностью, снабженную на концах присоединительными фланцами. Используются прямолинейные и изогнутые волноводы.

Основными технологическими задачами при изготовлении круглых волноводов являются: обеспечение требуемой чистоты токонесущих поверхностей и минимальной эллиптичности канала т.к. если волновод имеет эллиптичность, то энергия основной волны переходит к возбуждаемым при этом паразитным волнам.

В качестве заготовок круглых волноводов используются стандартные тянутые трубы повышенной точности. Эллиптичность этих труб превышает допустимые значения эллиптичности для круглых волноводов. Поэтому на предприятиях, изготовляющих волноводы, осуществляется дополнительная калибровка заготовок.

Технологический процесс изготовления прямолинейных волноводов круглого сечения следующий:

1) калибровка заготовок волноводных труб;

2) обработка на волноводной трубе посадочных мест под фланцы;

3) изготовление фланцев;

4) пайка фланцев с волноводной трубой;

5) обработка контактной поверхности фланцев;

6) нанесение гальванических покрытий;

7) сборка звеньев в волноводы.

Этот технологический процесс не отличается по построению от процесса изготовления прямолинейного волновода прямоугольного поперечного сечения.

---

Дата добавления: 2015-07-12