Волноводный фланец

Рис. 1. Фланец UBR320 на направляющей R320 (WG22, WR28). Этот тип фланца не имеет канавок под дроссель или прокладку. Сквозной монтаж подчеркивается различными цветами медной волноводной трубки и латунного фланца.

Фланец волновода — это соединитель для соединения секций волновода , и по сути он аналогичен фланцу трубы — волновод в контексте этой статьи представляет собой полый металлический канал для микроволновой энергии. Соединительная поверхность фланца может быть квадратной, круглой или (особенно для больших или прямоугольные волноводы уменьшенной высоты), прямоугольные. Соединение между парой фланцев обычно осуществляется четырьмя и более болтами , хотя там, где есть необходимость в быстрой сборке и разборке, могут использоваться альтернативные механизмы, например резьбовая манжета. установочные штифты В дополнение к болтам иногда используются , чтобы обеспечить точное выравнивание, особенно для очень маленьких волноводов.

Ключевые особенности соединения волноводов: герметично ли оно, позволяющее создавать давление в волноводе, и является ли оно контактным или дроссельным соединением. Это приводит к трем типам фланцев для каждого размера прямоугольного волновода.

Для прямоугольных волноводов существует ряд конкурирующих стандартных фланцев, которые не полностью совместимы друг с другом. Стандартные конструкции фланцев также существуют для волноводов с двойным гребнем, уменьшенной высоты, квадратных и круглых волноводов.

Наддув

Атмосфера внутри волноводных сборок часто находится под давлением либо для предотвращения проникновения влаги, либо для повышения напряжения пробоя в волноводе и, следовательно, увеличения мощности, которую он может нести. Для создания давления необходимо, чтобы все соединения волновода были герметичными. Обычно этого достигают посредством установки резинового уплотнительного кольца в канавку на поверхности по меньшей мере одного из фланцев, образующих каждое соединение. Прокладка , прокладка/крышка или фланцы, находящиеся под давлением (например, справа на рис. 2), можно отличить по единственной круглой канавке, в которой находится уплотнительное кольцо. Достаточно, чтобы один из фланцев каждого соединения под давлением был такого типа; другой может иметь простую плоскую грань (как на рисунке 1). Этот тип без канавок известен как крышка , простой или негерметичный фланец.

Также возможно создать воздухонепроницаемое уплотнение между парой фланцев, которые в противном случае не находились бы под давлением, используя плоскую прокладку, изготовленную из специального электропроводящего эластомера . Два плоских фланца крышки можно соединить без такой прокладки, но в этом случае соединение окажется негерметичным.

Электрическая непрерывность

Рис. 2. Фланец дросселя UG-1666/U (стандарт MIL) (слева) и соответствующий фланец прокладки/крышки (справа). Эти фланцы изготовлены из алюминия и крепятся к алюминиевому волноводу WG18 (WR62).

Электрический ток течет по внутренней поверхности волноводов и должен пересекать соединение между ними, чтобы микроволновая энергия проходила через соединение без отражения и потерь.

Контактное соединение

Контактное . соединение образуется путем соединения любой комбинации прокладки и фланцев крышки и в идеале создает непрерывную внутреннюю поверхность от одного волновода к другому без трещин в месте соединения, прерывающих поверхностные токи Трудность такого соединения заключается в том, что любые производственные дефекты, загрязнения или повреждения на поверхностях фланцев приведут к образованию трещин. Возникновение дуги тока через трещину приведет к дальнейшему повреждению, потере мощности и может вызвать искрение от одной стороны направляющей к другой, тем самым вызывая короткое замыкание . ее

Подключение дросселя

Рисунок 3. Поперечное сечение соединенного дросселя и прокладки/крышки волноводных фланцев в плоскости E, как показано на рисунке 2.

1. волноводная трубка, вмонтированная в гнездо...
2. дроссельный фланец и...
3. прокладка/фланец крышки
4. зазор между торцами фланцев ( не в масштабе )
5. точка контакта поверхностей фланцев
6. короткое дно дроссельной канавы
7. Уплотнительные кольца для обеспечения давления

Зазор между гранями фланцев увеличен в четыре раза, чтобы его было хорошо видно. Фланец дросселя также может быть соединен с фланцем простой крышки и при этом образовывать герметичное уплотнение.

Соединение дросселя образуется путем сопряжения одного фланца дросселя и одного фланца крышки (или прокладки/крышки). Центральная часть торца дроссельного фланца очень незначительно утоплена так, что не касается торца фланца крышки, а отделена от него узким зазором. Утопленная область ограничена глубокой дроссельной траншеей (или канавкой или канавкой ), вырезанной на лицевой стороне фланца. Фланцы дросселя используются только с прямоугольными волноводами и всегда находятся под давлением, имея канавку для прокладки, окружающую дроссельный ров. Наличие этих двух концентрических круглых канавок делает фланцы дросселя легко узнаваемыми. Левый фланец на рисунке 2 представляет собой дроссельный фланец.

Считается неправильным соединить два дроссельных фланца; В результате зазор между поверхностями фланцев в два раза превышает предполагаемый, а эффект аналогичен эффекту от наличия двух соединений в направляющей, а не одного. При отсутствии негерметичных дроссельных фланцев все фланцы относятся к одной из трех категорий: дроссель, прокладка/крышка и крышка.

Поперечное сечение собранного дроссельного соединения в плоскости E показано на рисунке 3. Это плоскость, разрезающая каждую из широких стенок волновода вдоль его центральной линии, где проходят продольные поверхностные токи - те, которые должны пересекать соединение. — они самые сильные. Дроссельная канава и зазор между торцами фланцев вместе образуют несколько извилистую боковую ветвь пути главной направляющей. Эта боковая ветвь предназначена для обеспечения низкого входного сопротивления там, где она встречается с широкими стенками волновода. так что поверхностные токи не блокируются зазором, а вместо этого перетекают на отдельные поверхности фланцев и выходят из них. И наоборот, на внешнем крае дроссельной канавы, в точке физического контакта двух фланцев, канава имеет высокий последовательный импеданс. Таким образом, ток через точку контакта снижается до небольшой величины, и опасность возникновения дуги в любой трещине между фланцами также снижается.

Теория

На рабочей частоте дроссельного фланца глубина канавы составляет примерно четверть. длины волны. Это несколько длиннее четверти длины волны в свободном пространстве, поскольку электрическое поле также меняется при обходе рва, имея две смены полярности или одну полную волну по окружности. Таким образом, канава представляет собой четвертьволновой резонансный шлейф короткого замыкания и имеет высокое (в идеале бесконечное) входное сопротивление на входе. Этот высокий импеданс включен последовательно с соединением металл-металл между фланцами и минимизирует ток через него. Расстояние от основного волновода через зазор до канавы также составляет четверть длины волны в E-плоскости. Таким образом, зазор образует четвертьволновой трансформатор , преобразующий высокий импеданс в верхней части канавы в низкий (в идеале нулевой) импеданс на широкой стенке волновода.

Рисунок 4. Пластиковые колпачки над отсоединенными фланцами предотвращают загрязнение. и попадание влаги в волновод, а также защита поверхности фланца от повреждений.

Частотная зависимость

Поскольку работа дросселя зависит от длины волны, его импеданс может быть равен нулю не более чем на одной частоте в пределах рабочего диапазона волновода. Однако, сделав разрыв чрезвычайно узким, и дроссельный ров относительно широкий, входное сопротивление можно поддерживать небольшим в широком диапазоне частот. Для зазоров и канав с фиксированной пропорцией входной импеданс соединения примерно пропорционален любой ширине (удвоение обеих ширин аналогично соединению двух последовательных соединений). Увеличение только ширины канавы пропорционально увеличивает ее входное сопротивление и в некоторой степени уменьшает преобразованное сопротивление, хотя эффект ограничен, когда длина зазора не составляет ровно четверти длины волны. Фланцы дросселя MIL -spec имеют ширину зазора от 2% до 3% высоты волновода (меньший внутренний размер волновода), что для волновода WR28 (WG22) составляет всего 3 тысячных дюйма. Дроссельная канава в этих фланцах примерно в 8 раз шире (около 20% высоты волновода), хотя пропорции существенно различаются, поскольку соотношение ширины и высоты стандартных направляющих среднего размера отклоняется от 2:1. Фланцы дросселя MIL-spec предназначены для использования во всем рекомендованном рабочем диапазоне частот волновода. (это примерно в 1,3–1,9 раза больше, чем отсечка направляющей).

История

Среди претендентов на изобретение дроссельного соединения Норман Рэмси. при содействии Шепа Робертса, когда они оба работали в радиационной лаборатории Массачусетского технологического института во время Второй мировой войны. Уинфилд Солсбери также утверждает, что сделал это изобретение, будучи руководителем группы радиочастот в радиационной лаборатории Массачусетского технологического института в период с 1941 по 1942 год. Изобретение не было запатентовано.

Производительность

может достигать При подключении дросселя КСВ 1,01. ( возврат −46 дБ) в полезной полосе пропускания и исключает опасность искрения. при объединении. Тем не менее, лучшая производительность возможна при тщательном контактном соединении между неповрежденными гладкими фланцами.

Крепление к волноводу

Рис. 5. Фланец дросселя RCSC 5985-99-083-0003, сквозной монтаж на волноводе WG16 (WR90). Обработка конца волноводной трубки оставила четкий рисунок на углубленной поверхности и конце трубки. Плоские поверхности с обеих сторон фланца позволяют надевать на него резьбовую манжету. а выемки сверху и снизу предназначены для выравнивания. Уплотнительное кольцо герметика на месте.

Фланцы монтируются либо сквозным , либо в раструб на конце волноводной трубки.

Сквозной монтаж

При сквозном монтаже волноводная трубка проходит до передней поверхности фланца. Первоначально трубке позволяют немного выступать за поверхность фланца, затем, после того как две части спаяны или спаяны вместе , конец трубки обтачивается так , чтобы он был идеально ровным с поверхностью. Этот тип конструкции можно увидеть на рисунках 1, 4 и 5.

Монтаж в гнездо

При монтаже в гнездо отверстие на передней поверхности фланца соответствует внутренним размерам волновода. Сзади отверстие имеет шпунт, образующий гнездо, которое подходит к концу волноводной трубки. Две части спаяны или спаяны вместе, чтобы обеспечить непрерывный путь проводимости между внутренней поверхностью волноводной трубки и устьем фланца. Этот тип конструкции можно увидеть на рисунке 2, а схематически он показан на рисунке 3. Разновидностью этого типа является монтаж встык , при котором волноводная трубка упирается в заднюю поверхность фланца. Задняя часть фланца имеет ряд выступов, достаточных для выравнивания трубки, но без образования вокруг нее сплошной раструбной стенки.

Монтаж в раструб позволяет избежать необходимости механической обработки поверхности фланца во время крепления. Для дроссельных фланцев это означает, что глубина утопления торца и ширина полученного зазора фиксируются при изготовлении фланца и не изменяются при его прикреплении. Фланцы дросселя , соответствующие стандарту MIL, монтируются в раструбы.

Стандарты

Рис. 6. Нестандартные быстроразъемные (резьбовые) фланцы на направляющей WR102.

MIL-спецификация

MIL-DTL-3922 — это военный стандарт США, дающий подробное описание дросселя, прокладки/крышки и фланцев крышки для прямоугольных волноводов. MIL-DTL-39000/3 описывает фланцы для двухгребневых волновод, а ранее также для одногребневой направляющей.

Фланцы MIL-spec имеют обозначения формы UG-xxxx/U , где x обозначают каталожный номер переменной длины, который сам по себе не содержит никакой информации о фланце.

Эти стандарты являются разработкой правительства США и находятся в свободном доступе в Интернете США в Агентстве оборонной логистики .

МЭК

Стандарт Международной электротехнической комиссии (МЭК) IEC 60154 описывает фланцы квадратного сечения. и круглые волноводы, а также за то, что он называет плоским , средне-плоский , и обычный прямоугольные направляющие.

Фланцы IEC обозначаются буквенно-цифровым кодом, состоящим из: буква U , P или C для негерметичного (плоская крышка), герметизируемый (с канавкой под прокладку) и дросселем (с обеими канавками под дроссельную прокладку); вторая буква, обозначающая форму и другие детали фланца и, наконец, идентификатор волновода по стандарту IEC. Для стандартного прямоугольного волновода вторая буква — от A до E , где A и C — круглые фланцы, B — квадратные, а D и E — прямоугольные. Так, например, UBR220 — это квадратный простой фланец для волновода R220 (то есть для WG20, WR42), PDR84 — прямоугольный фланец с прокладкой для волновода R84 (WG15, WR112), а CAR70 — круглый дроссельный фланец для волновода R70 (WG14, WR137).

Стандарт IEC одобрен рядом европейских организаций по стандартизации, таких как Британский институт стандартов .

ЭТО ОНО

Альянс электронной промышленности (EIA) — это организация, которая определила обозначения WR для стандартных прямоугольных волноводов. Фланцы EIA имеют обозначение CMR (для соединителей, миниатюрных, прямоугольных волноводов). ) или CPR ( разъем, герметичный, прямоугольный волновод ), за которым следует номер EIA (номер WR) соответствующего волновода. Так, например, CPR112 — это уплотнительный фланец для волновода WR112 (WG15).

РЦНК

Комитет по стандартизации радиокомпонентов (RCSC) — это орган, который разработал обозначения WG для стандартных прямоугольных волноводов. Он также определил стандартные фланцы дросселя и крышки с идентификаторами в виде 5985-99-xxx-xxxx , где x обозначают каталожный номер, который сам по себе не содержит никакой информации о фланце.