Патент на изобретение №2271056

(54) КОМБИНИРОВАННЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ ПЕРЕХОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для РЛС кругового обзора. Технический результат заключается в создании комбинированного многоканального вращающегося перехода, работающего на нескольких диапазонах частот и обеспечивающего круговое вращение всех каналов. Сущность изобретения состоит в том, что переход выполнен из центрального осевого вращающегося перехода и из свернутых вокруг него в кольцевые раскрывы волноводных и коаксиально-полосковых делителей СВЧ мощности, состыкованных через дроссельные соединения. 6 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в многодиапазонных антенных системах РЛС.

Широко известны конструкции осевых вращающихся переходов, в том числе двухканальных, см. например, (1) – рис.VI-49, VI-52; (2) – рис.9.35.

Известно также многоканальное вращающееся сочленение (3), в котором используются ортогональные поляризации электромагнитной волны, при ее распространении в круглом волноводе для конструкции трехканального перехода.

Однако при числе требуемых каналов более трех и работе на нескольких диапазонах волн осевые конструкции вращающихся переходов встречают принципиальные ограничения, связанные как с диапазонами рабочих частот, так и с возможностями конструктивного разделения каналов.

Известна также конструкция кольцевого вращающегося соединения, выполненного на волноводе с периодической структурой, см. например (4), а также на микрополосковой линии, см. например (5).

Наиболее близким по технической сущности является компактное многоканальное вращательное соединение (6), разработанное для переключения антенны канала опознавания свой-чужой, имеющее в своем составе многоканальный переключатель, связанный с антенной и выполненный с делителями мощности на воздушной полосковой линии, дроссельное соединение, а также набор кольцевых дисков с гальванической связью между подвижной и неподвижной частями.

Однако данная конструкция не обеспечивает работы на нескольких диапазонах частот.

В то же время в современных РЛС и особенно в РЛС кругового обзора обеспечение вращения антенных систем на 360° и их работа на нескольких диапазонах частот является насущной необходимостью.

Таким образом, задачей изобретения является создание комбинированного многоканального вращающегося перехода, работающего на нескольких диапазонах частот и обеспечивающего круговое вращение всех каналов.

Поставленная задача достигается тем, что комбинированный многоканальный вращающийся переход выполняется из попарно соединенных через дроссельные соединения кольцевых раскрывов перехода, образованных выходами равноамплитудных и синфазных волноводных и коаксиально-полосковых делителей, расположенных вокруг оси вращения с равным шагом. Дроссельные соединения выполнены в виде кольцевых канавок в корпусах делителей.

Изобретение представлено на фиг.1-6.

На фиг.1 изображена кольцевая часть (без осевого вращающегося перехода) комбинированного многоканального вращающегося перехода для частного случая одного коаксиально-полоскового и двух волноводных каналов с волноводными делителями в Е и Н-плоскостях.

На фиг.2 изображен вид сверху на фиг.1 с частичными разрезами в плоскостях кольцевых раскрывов.

На фиг.3, 4, 5 изображены развертки на плоскость по среднему диаметру волноводных делителей в Е- и Н-плоскостях и для коаксиально-полоскового делителя с числом каналов N=2ⁿ, где n=4, 3, 2, соответственно (равномерное и синфазное деление по схеме «елочка»).

На фиг.6 изображен фрагмент конструкции кольцевого раскрыва для коаксиально-полоскового делителя. На фиг.1÷6 обозначены:

1 – ось вращения;

2 – корпус волноводных делителей в Е-плоскости, свернутый вокруг оси вращения 1;

3 – корпус волноводных делителей в Н-плоскости, свернутый вокруг оси вращения 1;

4 – корпус коаксиально-полосковых делителей, свернутый вокруг оси вращения 1;

5 – входные разъемы коаксиально-полосковых делителей;

6 – дроссельные соединения в виде кольцевых канавок в 2, 3, 4;

7 – плоскости соединений кольцевых раскрывов делителей;

8 – кольцевой раскрыв для волноводного делителя в Е-плоскости;

9 – кольцевой раскрыв для волноводного делителя в Н-плоскости;

10 – кольцевой раскрыв для коаксиально-полоскового делителя;

11 – входной волновод для 2;

12 – входной волновод для 3;

13 – металлическая пластина, с которой соединен средний проводник нижнего коаксиально-полоскового делителя;

14 – линии кольцевых раскрывов 8 (Фиг.2) на развертке делителей по сечению среднего диаметра d_cp ¹ (Фиг.1);

15 – линии кольцевых раскрывов 9 (Фиг.2) на развертке делителей по сечению среднего диаметра d_cp ² (Фиг.1);

16 – металлические перегородки волноводных выходов кольцевых раскрывов 9, смещенные на в/4 от плоскости соединения 7;

17 – средние проводники выходов коаксиально-полосковых делителей (Фиг.5);

18 – П-образные металлические пластины;

19 – металлические пластины, входящие с зазором в прорезь пластины 18;

20 – зазор между металлическими пластинами 18 и 19 по среднему диаметру кольцевых раскрывов 10 (Фиг.2);

21 – линии кольцевых раскрывов 10 (Фиг.2) на развертке делителей по сечению среднего диаметра d_cp ³ (Фиг.1);

22 – диэлектрические кольца крепления пластин 18 и 19 в корпусах коаксиально-полосковых делителей.

Устройство, представленное на чертежах, состоит из свернутых вокруг оси вращения 1 корпусов равноамплитудных и синфазных волноводных и коаксиально-полосковых делителей 2, 3, 4, выходы которых образуют замкнутые кольцевые раскрывы 8, 9, 10.

Кольцевые раскрывы 8, 9, 10 попарно соединены в их плоскости 7 через дроссельные соединения 6, выполненные в виде кольцевых канавок в корпусах делителей 2, 3, 4.

Для волноводных делителей в Н-плоскости металлические перегородки 16 волноводных выходов в кольцевых раскрывах 9 смещены на в/4 от плоскости их соединения 7.

Для коаксиально-полосковых делителей 4 дроссельное соединение средних проводников в кольцевых раскрывах 10 выполнено в виде металлических пластин 18, 19, расположенных по среднему диаметру кольцевых раскрывов с шагом L-, где – зазор между пластинами 19. Для одного из соединенных кольцевых раскрывов 10 пластины выполнены П-образными 18, в прорезь которых с зазором установлены пластины 19, принадлежащие другому кольцевому раскрыву 10. Эти пластины закреплены в корпусах 4 коаксиально-полосковых делителей диэлектрическими кольцами 22.

Конструктивные размеры определяются из соотношения: d_cp=NS,

где – d_cp – средний диаметр кольцевого раскрыва;

S – шаг;

N – число синфазных и равноамплитудных выходов делителей, образующих данный кольцевой раскрыв.

Величина шага S определяется как:

1) S=(a+t) – для волноводных делителей в Н-плоскости,

где а – размер широкой стенки волноводного выхода делителей на диаметре d_cp кольцевого раскрыва,

t – толщина металлической перегородки между соседними волноводными выходами кольцевого раскрыва;

2) S=(b+t) – для волноводных делителей в Е-плоскости, где b – размер узкой стенки волноводного выхода делителей на диаметре d_cp кольцевого раскрыва;

t – толщина металлической перегородки между соседними волноводными выходами кольцевого раскрыва;

3) S=L – для коаксиально-полосковых делителей,

где L – расстояние по дуге на среднем диаметре кольцевого раскрыва между соседними средними проводниками коаксиально-полоскового делителя.

Заявляемое устройство работает следующим образом:

На входные разъемы 5 коаксиально-полоскового делителя и на входы 11 и 12 волноводных делителей поступает мощность СВЧ сигналов, которая, за счет разветвления в делителях, с равной амплитудой и фазой распределяется по кольцевым раскрывам (8, 9, 10). Через дроссельные соединения 6 мощность СВЧ сигналов передается на аналогичный кольцевой раскрыв 8, 9, 10 парного с первым делителя, суммируется и передается на его выходы (5, 11, 12). При вращении одного из делителей кольцевые раскрывы (8, 9, 10) скользят по плоскости соединений 7. В силу круговой симметрии структуры кольцевых раскрывов (8, 9, 10) и равноамплитудного и синфазного возбуждения всего кольцевого раскрыва передача СВЧ мощности не нарушается.

Для волноводных делителей в Е-плоскости вектор поля останется ортогональным волноводным перегородкам делителя при их взаимном смещении при вращении кольцевого раскрыва, причем каждый выходной волновод раскрыва одного из делителей возбуждается синфазно от двух соседних синфазных волноводов соединенного с ним делителя, с величиной деления, зависящего от величины взаимного смещения волноводов.

В случае волноводного делителя в Н-плоскости передача мощности СВЧ при вращении осуществляется за счет трансформирующего свойства промежуточного полуволнового отрезка кольцевого волновода, конструктивно образованного за счет смещения на в/4 перегородок волноводов 16 от плоскости соединения 7, причем механизм возбуждения каждого волновода кольцевого раскрыва 9 делителя аналогичен предыдущему, т.е. синфазное возбуждение каждого волновода осуществляется от двух соседних волноводов соединенного с первым кольцевого раскрыва 9, с величиной деления, зависящего от величины взаимного смещения волноводов.

В случае коаксиально-полосковых делителей передача СВЧ мощности при вращении осуществляется за счет связи каждой металлической пластины 18 (19) с двумя соседними 19 (18), возбуждаемые с равной амплитудой и фазой средними проводниками 17, что обеспечивает постоянный дроссельный контакт средних проводников коаксиально-полосковых делителей.

Кольцевые канавки в корпусах делителей 2, 3, 4 образуют дроссельные соединения 6 для обеспечения электрического замыкания токов СВЧ по стенкам корпусов делителей.

Количество каналов многоканального вращающегося перехода предлагаемой конструкции может быть увеличено за счет добавления кольцевых раскрывов, работающих на разных диапазонах частот, а также за счет использования центральной части для размещения известных осевых вращающихся многоканальных переходов.

Для выполнения заявленного устройства могут быть использованы достаточно простые технологии изготовления деталей, известные из техники.

Настройка переходов по КСВ на согласованные нагрузки при переходе от прямоугольного сечения волноводов к секторному сечению осуществляется традиционным способом.

Использование изобретения позволяет реализовать многоканальные и многодиапазонные режимы работы антенных систем РЛС, в частности для РЛС кругового обзора.

Кроме того, относительная простота конструкции и настройки обеспечивает достаточно высокую технологичность производства комбинированного многоканального вращающегося перехода.

Использованная литература

1. Линии передачи сантиметровых волн, пер. с англ. под ред. Г.А.Ремеза, ч.II, издательство «Сов. Радио», М., – 1951.

2. М.С.Жук, Ю.Б.Молочков. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. «Энергия», М., 1973.

3. Многоканальное вращающееся сочленение пат. США кл. 333/21А H 01 p 1/06, H 01 p 1/16 №3633130, заявл. 15.07.70 (опубл. 4.01.72).

4. Патент США, №4427983, янв.24, 1984 г., кл. 333/261Х.

5. Патент США, №4516097, май 07, 1985 г., кл. 333/261.

6. Патент США, №5233320, авг.03, 1993 г., кл. 333/261, H 01 p 1/06.

Формула изобретения

Комбинированный многоканальный вращающийся переход, содержащий волноводные и коаксиально-полосковые делители СВЧ мощности с дроссельными соединениями, отличающийся тем, что выходы равноамплитудных и синфазных волноводных и коаксиально-полосковых делителей расположены вокруг оси вращения с равным шагом с образованием кольцевых раскрывов перехода, которые попарно соединены в плоскости соединения через дроссельные соединения, выполненные в корпусах делителей в виде кольцевых канавок, при этом металлические перегородки между волноводными выходами в кольцевых раскрывах для волноводных делителей в Н-плоскости смещены на от плоскости их соединения, а средние проводники выходов коаксиально-полосковых делителей соединены с металлическими пластинами, расположенными равномерно по средним диаметрам кольцевых раскрывов с зазором между собой и выполненными для одного из кольцевых раскрывов П-образными, в прорезь которых с зазором установлены пластины, принадлежащие другому кольцевому раскрыву, упомянутые пластины закреплены в корпусах коаксиально-полосковых делителей диэлектрическими кольцами.

РИСУНКИ