Многоканальное вращающееся сочленение (варианты)

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано для передачи СВЧ-сигналов от неподвижной к вращающейся части многоканального коаксиального тракта. Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и увеличение рабочей полосы частот. Сущность изобретения состоит в том, что многоканальное вращающееся сочленение содержит концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми изоляторами и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров. Короткозамкнутые изоляторы выполнены на основе плоскопараллельной радиальной линии, а согласующие переходы выполнены на полосковой линии в виде двух параллельных ветвей, содержащих многоступенчатые трансформаторы сопротивлений. Длины отрезков коаксиальных линий неподвижной и вращающейся частей многоканального вращающегося сочленения могут быть выбраны равными нечетному числу четвертей длины волны. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано для передачи СВЧ сигналов от неподвижной к вращающейся части многоканального коаксиального тракта, например в многофункциональной РЛС кругового обзора.

В известных конструкциях многоканальных вращающихся сочленений (патенты Японии: № 62-5521, 1987 г.; № 62-39841, 1987 г. и № 62-39842, 1987 г.) использованы короткие отрезки концентрических (охватывающих одна другую) коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми шлейфами на концах, выполняющих функцию четвертьволновых изоляторов («Линии передачи сантиметровых волн», перевод с англ. под ред. Г.А.Ремеза, M.: Советское радио, 1951, стр.172-184). Вращение подвижной части сочленения относительно неподвижной обеспечивается системой четвертьволновых дроссельных зазоров, выполненных в проводниках коаксиальных линий, и подшипников. Согласование низкооммных коаксиальных линий со стандартными коаксиальными разъемами, ориентированными перпендикулярно к оси вращения, достигается применением ступенчатых и конусообразных переходов. Существенными недостатками известных конструкций многоканальных вращающихся сочленений являются: большая длина, что обусловлено наличием четвертьволновых короткозамкнутых изоляторов, выполненных на основе коаксиальной линии, и недостаточная полоса рабочих частот, что обусловлено большим перепадом волновых сопротивлений и поперечных сечений коаксиальных линий по отношению к стандартным значениям.

Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и увеличение рабочей полосы частот. Технический результат достигается за счет того, что четвертьволновые короткозамкнутые изоляторы выполнены на основе плоскопараллельной радиальной линии, длины отрезков коаксиальных линий неподвижной и вращающейся частей многоканального вращающегося сочленения выбраны равными нечетному числу четвертей длины волны, а согласующие переходы выполнены на полосковой линии в виде двух параллельных ветвей, содержащих многоступенчатые трансформаторы сопротивлений, и расположены по окружности.

На фиг.1 приведена конструкция трехканального вращающегося сочленения в продольном разрезе, а на фиг.2 - в поперечном сечении, совпадающем с плоскостью согласующего перехода от коаксиальной линии к коаксиальному разъему.

Конструктивно трехканальное вращающееся сочленение представляет собой систему из трех, охватывающих одна другую, центральной коаксиальной линии 1, средней коаксиальной линии 2 и внешней коаксиальной линии 3 с общей осью симметрии 4, вокруг которой осуществляется вращение (далее ось вращения).

Входной коаксиальный разъем 5 и выходной коаксиальный разъем 6 центральной коаксиальной линии 1 расположены на оси вращения, а входной коаксиальный разъем 7 и выходной коаксиальный разъем 8 средней коаксиальной линии 2 и входной коаксиальный разъем 9 и выходной коаксиальный разъем 10 внешней коаксиальной линии 3 размещены на внешней цилиндрической поверхности корпусов 11, 12, 13 и 14 соответственно, служащих для размещения согласующих переходов. Вращение верхней части 15 относительно нижней неподвижной части 16 обеспечивается, как и в прототипе, за счет системы четвертьволновых дроссельных зазоров 17 в проводниках коаксиальных линий и подшипников 18.

Изоляция по высокой частоте центральных проводников от внешних проводников коаксиальных линий 2 и 3 обеспечивается короткозамкнутыми радиальными зазорами 19, 20, радиус которых примерно равен четверти длины волны. Выбор высоты h, определяющей входное сопротивление плоскопараллельной радиальной линии, влияет на уровень согласования и широкополосность устройства, поскольку в диапазоне частот плоскопараллельная радиальная линия (Теория линий передачи СВЧ, перевод с английского под ред. А.И.Шпунтова, М.: Советское радио, 1951 г., стр.16-40) ведет себя подобно короткозамкнутому отрезку коаксиальной линии четвертьволновой длины, то есть как параллельный резонансный контур.

Длины l₂ и l₃ коаксиальных линий 2 и 3, то есть расстояния между точками подключения контуров, следует выбирать равными нечетному числу четвертей длины волны потому, что это дает взаимную компенсацию отражений и увеличивает широкополосность устройства.

Волновое сопротивление ρ коаксиальной линии, как известно (А.А.Фольдштейн и др. «Справочник по элементам волноводной техники», М.: Советское радио, 1967, стр.92-94), определяется соотношением: ρ=138 lg D/d Ом, где D и d - диаметры наружного и внутреннего проводников коаксиальной линии. Волновое сопротивление стандартных коаксиальных разъемов равно 50 Ом. Размеры проводников D и d для центральной коаксиальной линии 1 целесообразно выбрать такими, чтобы ее волновое сопротивление соответствовало стандартному, то есть 50 Ом. При выборе размеров D и d для коаксиальных линий 2 и 3 приходится руководствоваться конструктивными соображениями, в результате чего их волновое сопротивление оказывается существенно меньше стандартного, порядка 10 Ом. Поэтому для их согласования со стандартными коаксиальными разъемами целесообразно применение согласующих переходов, выполненных на основе полосковых линий 21 и 22, содержащих корпус 23 кольцевой формы и центральный проводник в виде двух параллельных ветвей 24, содержащих трехступенчатые трансформаторы сопротивлений 25, 26 и 27. Такая форма согласующего перехода уменьшает вдвое поперечное сечение проводника, обеспечивает симметричность соединения с центральным проводником коаксиальной линии и оптимальным образом вписывается в конструкцию устройства. Для фиксации положения проводников полосковых линий служат диэлектрические вставки 28. Заявляемая конструкция многоканального вращающегося сочленения характеризуется технологичностью изготовления деталей и сборки. Технология изготовления отдельных деталей и узлов видна из приведенных рисунков, а сборка осуществляется с помощью винтов 29 и 30.

Возможность практической реализации предлагаемой конструкции многоканального вращающегося сочленения проверена экспериментально. В рабочей полосе частот от 1,0 до 1,6 ГГц (Δf_p=±23%) получено: КСВН всех трех каналов - не более 1,5; потери - (0,2-0,5) дБ; развязки между соседними каналами - не менее 20 дБ; между крайними - не менее 40 дБ; коэффициент модуляции параметров при вращении - не более 1%. Габариты устройства: - Ф 180×180 мм; масса - 7,5 кг.

1. Многоканальное вращающееся сочленение, содержащее концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми изоляторами и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров, отличающееся тем, что четвертьволновые короткозамкнутые изоляторы выполнены на основе плоскопараллельной радиальной линии, а согласующие переходы выполнены в виде двух параллельных ветвей полосковой линии, содержащих многоступенчатые трансформаторы сопротивлений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено трехканальным.

3. Многоканальное вращающееся сочленение, содержащее концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми изоляторами и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров, отличающееся тем, что четвертьволновые короткозамкнутые изоляторы выполнены на основе плоскопараллельной радиальной линии, длины отрезков коаксиальных линий выбраны равными нечетному числу четвертей длины волны, согласующие переходы выполнены в виде двух параллельных ветвей полосковой линии, содержащих многоступенчатые трансформаторы сопротивлений.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно выполнено трехканальным.