Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рисунок 1. Фланец UBR320 на направляющей R320 (WG22, WR28). У этого типа фланца нет дроссельных канавок или канавок под прокладки. Сквозной монтаж очевиден по разным цветам медной волноводной трубки и латунного фланца.

Волноводный фланец является соединителем для соединения секций волновода , и является по существу таким же , как трубы с фланцем -a волновода , в контексте данной статьи, будучи полым металлическим трубопроводом для микроволновой энергии. Присоединительная поверхность фланца может быть квадратной, круглой или (особенно для больших [1] прямоугольных волноводов или волноводов уменьшенной высоты) прямоугольной. Соединение между парой фланцев обычно выполняется четырьмя или более болтами , хотя альтернативные механизмы, такие как резьбовое кольцо, могут использоваться там, где есть потребность в быстрой сборке и разборке. [1] Установочные штифты иногда используются в дополнение к болтам, чтобы обеспечить точное выравнивание, особенно для очень маленьких волноводов.

Ключевые особенности волноводного соединения: независимо от того, является ли он воздухонепроницаемым, позволяющим создавать давление в волноводе, и является ли это 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 между собой. [2] Стандартные конструкции фланцев также существуют для двухреберных, прямоугольных и круглых волноводов уменьшенной высоты.

Герметизация [ править ]

Атмосфера внутри волноводных узлов часто под давлением, либо , чтобы предотвратить проникновение влаги, или поднять на напряжение пробоя в руководстве и , следовательно , увеличить мощность , что он может нести. Герметизация требует, чтобы все соединения в волноводе были герметичными. Обычно это достигается с помощью резинового уплотнительного кольца, установленного в канавке на поверхности по крайней мере одного из фланцев, образующих каждое соединение. Прокладка , прокладка / крышка или под давлениемфланцы (например, справа на рис. 2) можно определить по единственной круговой канавке, в которой находится уплотнительное кольцо. Необходимо, чтобы только один из фланцев в каждом герметичном соединении был этого типа; другой может иметь плоскую поверхность (как на рисунке 1). Этот призматическая шпонка типа известен как крышка , равнина или unpressurizable фланец. [ необходима цитата ]

Также возможно создать герметичное уплотнение между парой фланцев без давления, иначе говоря, с помощью плоской прокладки, изготовленной из специального электропроводящего эластомера . Два плоских фланца крышки могут быть соединены без такой прокладки, но в этом случае соединение не будет герметизировано. [ необходима цитата ]

Электрическая целостность [ править ]

Рис. 2. Дроссельный фланец UG-1666 / U (стандарт MIL) (слева) и соответствующий фланец прокладки / крышки (справа). Эти фланцы изготовлены из алюминия и монтируются на алюминиевый волновод WG18 (WR62).

Электрический ток течет по внутренней поверхности волноводов и должен пересекать соединение между ними, если микроволновая энергия должна проходить через соединение без отражения или потерь. [ необходима цитата ]

Контактное соединение [ править ]

Контакт соединение формируется путем объединения любой комбинации прокладки и крышек фланцев, а в идеале создает непрерывную внутреннюю поверхность от одного волновода к другим, без каких - либо трещин на объединение , чтобы прервать поверхностные тока. Сложность такого типа соединения заключается в том, что любые производственные дефекты, грязь или повреждение поверхностей фланцев приведут к трещине. Дуговые тока через трещины вызовет дальнейшее повреждение, потеря мощности, и может привести к возникновению электрической дуги с одной стороны направляющей к другой, таким образом , короткого замыкания его. [ необходима цитата ]

Подключение дросселя [ править ]

Рисунок 3. Поперечное сечение в плоскости Е соединенных фланцев дросселя и прокладки / крышки волновода из рисунка 2. Зазор между поверхностями фланца был увеличен в четыре раза, чтобы сделать его четко видимым.
Легенда:
а. волноводный патрубок монтируется в ...
b. фланец штуцера и ...
c. прокладка / крышка фланца
d. зазор между поверхностями фланца (ширина увеличена в 4 раза)
e. точка соприкосновения поверхностей фланца
f. короткое замыкание на дне дроссельной канавы
g. Уплотнительные кольца для обеспечения повышения давления
Фланец штуцера также может быть соединен с фланцем с гладкой крышкой и по-прежнему образовывать герметичное соединение

Соединение штуцера образовано стыковкой одного фланца штуцера и одного фланца крышки (или прокладки / крышки). Центральная часть поверхности фланца штуцера очень немного утоплена, так что она не касается поверхности фланца крышки, а отделена от нее узким зазором. Утоплена область ограничена глубокое Дроссель траншея (или канава или паз ) в разрезе поверхность фланца. Дроссельные фланцы используются только с прямоугольным волноводом и всегда находятся под давлением, имея канавку для прокладки, окружающую [3] дроссельную канавку. Наличие этих двух концентрических кольцевых канавок делает фланцы штуцера легко узнаваемыми. Левый фланец на рисунке 2 представляет собой фланец штуцера. [цитата необходима ]

Соединение двух фланцев штуцера считается неправильным; результирующий зазор между поверхностями фланца вдвое больше, чем предполагалось, и эффект подобен эффекту двух соединений в направляющей, а не одного. При отсутствии дроссельных фланцев без давления все фланцы попадают в одну из трех категорий: штуцер, прокладка / крышка и крышка. [ необходима цитата ]

Е-плоскость поперечное сечение собранного соединения с дросселем показан на рисунке 3. Это плоскость резания каждого из широких стенок волновода вдоль его центральной линии, которая является , где продольным поверхностными тока-те , которые должны пересечь присоединиться - самые сильные. Дроссельная канавка и зазор между поверхностями фланца вместе образуют несколько извилистую боковую ветвь к траектории основной направляющей. Эта боковая ветвь предназначена для обеспечения низкого входного импеданса там, где она встречается с широкими стенками волновода [3]так, чтобы поверхностные токи не перекрывались зазором, а вместо этого текли на разделенные поверхности фланцев и выходили с них. И наоборот, на внешнем крае дроссельной канавки, в точке, где два фланца входят в физический контакт, канавка имеет высокое последовательное сопротивление. Таким образом, ток через точку контакта снижается до небольшого значения [3], а также снижается опасность возникновения дуги через любую трещину между фланцами. [ необходима цитата ]

Теория [ править ]

При рабочей частоте фланца штуцера глубина канавы составляет примерно четверть [3] длины волны. Это несколько больше, чем четверть длины волны в свободном пространстве, поскольку электрическое поле также изменяется при обходе канавы, имея два изменения полярности или одну полную волну по окружности. Таким образом, канавка 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 сводит к минимуму ток через него. Расстояние от основного волновода через зазор до канавы также составляет четверть [3] длины волны в Е-плоскости. Таким образом, зазор образуетчетвертьволновой трансформатор , преобразующий высокое сопротивление наверху канавы в низкое (в идеале нулевое) сопротивление на широкой стенке волновода. [ необходима цитата ]

Рис. 4. Пластиковые заглушки на отсоединенных фланцах предотвращают попадание грязи [4] и влаги в волновод, а также защищают поверхность фланца от повреждений.

Частотная зависимость [ править ]

Поскольку работа дроссельного соединения зависит от длины волны, его импеданс может быть равен нулю не более чем на одной частоте в пределах рабочего диапазона волновода. Однако, сделав зазор чрезвычайно узким [1] [3] и относительно широким дроссельным каналом [1], входной импеданс можно сохранить небольшим в широком диапазоне частот. Для ширины зазора и канавы в фиксированной пропорции входной импеданс соединения приблизительно пропорционален любой ширине (удвоение обеих ширины похоже на два последовательных соединения). Увеличение только ширины канавы пропорционально увеличивает его входной импеданс и до некоторой степени снижает преобразованный импеданс, хотя эффект ограничивается, когда длина зазора не равна точно четверти длины волны. MIL-спецификацииУ дроссельных фланцев ширина зазора составляет от 2% до 3% от высоты волновода (меньший внутренний размер световода), что для волновода WR28 (WG22) составляет зазор всего в 3 тысячных дюйма. Дроссельная канавка на этих фланцах примерно в 8 раз шире (около 20% высоты волновода), хотя пропорции сильно различаются, так как отношение ширины к высоте стандартных направляющих среднего размера отклоняется от 2: 1. Фланцы дросселя по стандарту MIL-Spec предназначены для использования во всем рекомендованном рабочем диапазоне частот волновода [5] [6] [7] [8] [9] (то есть примерно в 1,3–1,9 раза выше предельного значения волновода ).

История [ править ]

Заявители на изобретение штуцера включают Нормана Рэмси [10] [11] с помощью Шепа Робертса, когда они оба работали в радиационной лаборатории Массачусетского технологического института во время Второй мировой войны. Уинфилд Солсбери также утверждает, что сделал изобретение, будучи руководителем группы радиочастот в Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института в период с 1941 по 1942 год. [12] Изобретение не было запатентовано. [10]

Производительность [ править ]

Соединения с дросселями могут достигать КСВ 1,01 [13] ( возврат -46 дБ) в полезной полосе пропускания и устранять опасность возникновения дуги [13] в соединении. Тем не менее, лучшая производительность возможна при тщательно выполненном контактном соединении между неповрежденными плоскими фланцами. [13]

Приставка к волноводу [ править ]

Рисунок 5. Фланец дросселя RCSC 5985-99-083-0003, сквозной монтаж на волноводе WG16 (WR90). Обработка конца трубки волновода оставила четкий узор на утопленной поверхности и на конце трубки. Плоскости по обе стороны от фланца предназначены для маневрирования резьбовой муфты [1], а выемки сверху и снизу служат для совмещения. Уплотнительное кольцо для герметизации на месте.

Фланцы монтируются либо в сквозном отверстии, либо в гнездах на конце волноводной трубки.

Сквозной монтаж [ править ]

При сквозном монтаже трубка волновода проходит насквозь до передней поверхности фланца. Первоначально труба разрешается слегка выступать за пределы поверхности фланца, то после того, как две части были припаяны или спаяны друг с другом, конец трубки механически вниз , так что это совершенно вровень с лицом. [14] Этот тип конструкции можно увидеть на рисунках 1, 4 и 5. [ необходима цитата ]

Монтаж на гнезда [ править ]

При установке в розетку отверстие на передней поверхности фланца соответствует внутренним размерам волновода. Сзади отверстие имеет выступ для образования гнезда, которое подходит к концу трубки волновода. Эти две части спаяны или спаяны вместе, чтобы обеспечить непрерывный токопроводящий путь между внутренней поверхностью волноводной трубки и выходом фланца. Этот тип конструкции показан на рис. 2 и схематически показан на рис. 3. Его разновидностью является установка встык , при которой трубка волновода упирается в заднюю поверхность фланца. Задняя часть фланца имеет ряд выступов, достаточных для выравнивания трубки, но без образования сплошной стенки раструба вокруг нее.

При установке в гнездо отпадает необходимость в обработке поверхности фланца во время присоединения. Для дроссельных фланцев это означает, что глубина, на которую утоплена поверхность, и ширина образовавшегося зазора фиксируются при изготовлении фланца и не изменяются при его присоединении. Фланцы дроссельной заслонки, соответствующие спецификации MIL, устанавливаются в гнезда. [5] [6] [7] [8] [9]

Стандарты [ править ]

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

MIL-Spec [ править ]

MIL-DTL-3922 [1] - это военный стандарт США, дающий подробное описание дросселя, прокладки / крышки и фланцев крышки для прямоугольного волновода. MIL_DTL-39000/3 [2] описывает фланцы для двухгребневого [15] волновода, а ранее [16] [17] также для одностороннего волновода .

Фланцы MIL-Spec имеют обозначения в форме UG-xxxx / U, где x обозначает каталожный номер переменной длины, сам по себе не содержащий никакой информации о фланце. [2]

Эти стандарты являются разработкой правительства США и находятся в свободном доступе в Интернете в Управлении логистики обороны США . [3]

IEC [ править ]

Стандарт Международной электротехнической комиссии (IEC) IEC 60154 описывает фланцы для квадратных [18] и круглых волноводов, [19], а также для того, что он называет плоскими , [20] средне-плоскими , [21] и обычными [22] прямоугольными. гиды.

Фланцы IEC обозначаются буквенно-цифровым кодом, состоящим из: буквы U , P или C для безнапорных [2] (простая крышка), герметичных [2] (с канавкой для прокладки) и дроссельной заслонки [2] (с обеими канавками для прокладок дроссельной заслонки); вторая буква, обозначающая форму и другие детали фланца и, наконец, идентификатор волновода по IEC. Для стандартного прямоугольного волновода вторая буква - от A до E , где A и C - круглые фланцы, B - квадратные, а D и Eпрямоугольные. Так, например, UBR220 представляет собой квадратный фланец с плоской крышкой для волновода R220 (то есть для WG20, WR42), PDR84 представляет собой фланец с прямоугольной прокладкой для волновода R84 (WG15, WR112), а CAR70 представляет собой круглый дроссельный фланец для волновода R70 (WG14, WR137).

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

EIA [ править ]

Промышленность Альянс Электронный (EIA) , является органом , который определил WR обозначения для стандартных прямоугольных волноводов. Фланцы EIA обозначаются CMR (для разъема, миниатюрного, прямоугольного волновода [2] ) или CPR ( разъем, герметизируемый, прямоугольный волновод [2] ), за которыми следует номер EIA (номер WR) для соответствующего волновода. Так, например, CPR112 - это фланец с прокладкой для волновода WR112 (WG15).

РЦНК [ править ]

Комитет по стандартизации радиокомпонентов (RCSC) - это организация, которая ввела обозначения WG для стандартных прямоугольных волноводов. В нем также определены стандартные фланцы дроссельной заслонки и крышки с идентификаторами в форме 5985-99-xxx-xxxx, где x обозначает номер по каталогу, сам по себе не содержащий никакой информации о фланце. [2]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Харви, AF (июль 1955 г.). «Стандартные волноводы и муфты для СВЧ-оборудования». Труды IEE - Часть B: Радио и электроника . 102 (4): 493–499. DOI : 10,1049 / пи-б-1.1955.0095 .
  2. ^ a b c d e f g h Брэди, М. Майкл (июль 1965 г.). «Номенклатура фланцевых прямоугольных волноводов (соответствие)». IEEE Transactions по теории и методам микроволнового излучения . 13 (4): 469–471. DOI : 10.1109 / tmtt.1965.1126031 . ISSN 0018-9480 . 
  3. ^ Б с д е е Bagad, Вилас С. (2007). Микроволновая и радиолокационная техника . Технические публикации Пуна. ISBN 81-8431-121-4.
  4. ^ Ричард Фейнман ; Роберт Лейтон; Мэтью Сэндс. «24 волновода». Лекции Фейнмана по физике . 2 . Эддисон-Уэсли. ISBN 0-201-02117-X.
  5. ^ a b Министерство обороны США (8 января 2010 г.), MIL-DTL-3922 / 59F: фланцы, волновод (дроссель) (квадрат, 4 отверстия) (PDF) [для WG: 15,16,17,18,20,22 — WR: 112,90,75,62,42,28]
  6. ^ a b Министерство обороны США (27 мая 2008 г.), MIL-DTL-3922 / 60C: фланцы, волновод (дроссель) (круглый, 6 отверстий) (PDF) [для WG14 – WR137]
  7. ^ a b Министерство обороны США (8 января 2010 г.), MIL-DTL-3922 / 61E: Фланцы, волновод (дроссель) (круглый, 8 отверстий) (PDF) [для WG10 – WR284]
  8. ^ a b Министерство обороны США (8 января 2010 г.), MIL-DTL-3922 / 62D: фланцы, волновод (дроссель) (круглый, 8 отверстий (2 отверстия по центру по горизонтали, 2 отверстия по центру по вертикали)) (PDF) [для WG12 — WR187]
  9. ^ a b Министерство обороны США (3 февраля 1975 г.), MIL-F-3922/69: Фланцы, волновод (дроссель) (квадрат, 4 отверстия) (PDF) [для WG19 — WR51 и WR102]
  10. ^ а б Эндрю Голдштейн (9 мая 1995 г.), Норман Рэмси, устная история, проведенная в 1995 г. , Центр истории IEEE, Нью-Брансуик, Нью-Джерси, США
  11. ↑ Джон Брайант (20 июня 1991 г.), Норман Ф. Рэмси, устная история, проведенная в 1991 г. , Исторический центр IEEE, Нью-Брансуик, Нью-Джерси, США.
  12. ^ «Уинфилд В. Солсбери - сочинения и история» . Юго-западный музей инженерии, связи и вычислений.
  13. ^ a b c Баден Фуллер, AJ (1969). Микроволны (1-е изд.). Pergamon Press. ISBN 0-08-006616-X.
  14. ^ Дэвис, Джозеф Р. (2001). Медь и медные сплавы . ASM International. ISBN 0-87170-726-8.
  15. ^ Министерство обороны США (20 января 2009 г.), MIL-F-39000 / 3C: фланцы, волновод, двойной гребень, гнездо для монтажа (коэффициент пропускной способности 2,4: 1) (PDF)
  16. ^ Министерство обороны США (2 июля 2003 г.), MIL-F-39000 / 1B, примечание 2: фланцы, волновод, одинарный гребень, крепление к гнезду (коэффициент пропускной способности 2,4: 1) (уведомление об отмене) (PDF)
  17. ^ Министерство обороны США (2 июля 2003 г.), MIL-F-39000 / 2B, примечание 2: фланцы, волновод, одинарный гребень, крепление к гнездам (коэффициент пропускной способности 3,6: 1) (уведомление об отмене) (PDF)
  18. ^ IEC (1974-01-01), IEC 60154-7 Фланцы для волноводов, часть 7: Соответствующие спецификации для фланцев для прямоугольных волноводов (1-е изд.) [Тип фланца K]
  19. ^ IEC (1969-01-01), IEC 60154-4 Фланцы для волноводов, часть 4: Соответствующие спецификации для фланцев для круглых волноводов (1-е изд.) [Тип фланца J]
  20. ^ IEC (1982-01-01), IEC 60154-3 Фланцы для волноводов, часть 3: Соответствующие спецификации для фланцев для плоских прямоугольных волноводов (2-е изд.) [Тип фланца G]
  21. ^ IEC (1983-01-01), IEC 60154-6 Фланцы для волноводов, Часть 6: Соответствующие спецификации для фланцев для средних плоских прямоугольных волноводов (1-е изд.) [Типы фланцев L, N]
  22. ^ IEC (1980-01-01), IEC 60154-2 Фланцы для волноводов, часть 2: Соответствующие спецификации для фланцев для обычных прямоугольных волноводов (2-е изд.) [Типы фланцев A, B, C, D, E]