КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ КОРПУСА И КОАКСИАЛЬНО-ПОЛОСКОВОГО СОЕДИНИТЕЛЯ

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к герметичным коаксиально-полосковым соединителям.
Известна конструкция герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя (Радиопередающие устройства. Под ред. О.А. Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982, с. 28-31, 234-236), в которой корпус герметичного коаксиально-полоскового соединителя зафиксирован в стенке корпуса прибора, а центральный проводник герметичного коаксиально-полоскового соединителя размещен коаксиально в отверстии стенки корпуса прибора.
Известная конструкция герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя показана на фиг. 1-2, на которых обозначены:
Фиг. 1 - герметичный коаксиально-полосковый соединитель СРГ-50-751 ФВ;
Фиг. 2 - герметичный коаксиально-полосковый соединитель СРГ-50-751 ФВ в стенке корпуса СВЧ прибора.
На фиг. 1-2 позициями 1-5 обозначены:
1 - корпус герметичного коаксиально-полоскового соединителя;
2 - центральный проводник;
3 - стенка корпуса прибора;
4 - металлическая перемычка;
5 - функциональное устройство.
0
На фиг. 2 корпус 1 соединителя герметично закреплен в отверстии стенки 3 корпуса прибора. Часть центрального проводника 2, выступающая за пределы корпуса 1 и имеющая диаметр d, коаксиально размещена в отверстии стенки 3 корпуса прибора с диаметром D, образуя дополнительную согласующую коаксиальную линию. Металлическая перемычка 4 припаяна к концу центрального проводника 2 соединителя и к полосковому проводнику функционального устройства 5.
0
0
Одним из примеров герметичного коаксиально-полоскового соединителя является выпускаемый отечественной промышленностью соединитель СРГ-50-751 ФВ ВРО.364.049 ТУ, предназначенный для соединения коаксиальной и микрополосковой линий передачи с волновыми сопротивлениями W=50 Ом. В соответствии с техническими условиями диаметр d центрального проводника равен 0,6 мм. а рекомендованный диаметр D отверстия в стенке корпуса прибора равен 1,3±0,06 мм. Отношение диаметров D/d. в этом случае равно 2,17. Указанные размеры наряду с другими конструктивными элементами коаксиальной части соединителя обеспечивают коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) соединителя, сопряженного с корпусом СВЧ прибора, не более 1,5 в широкой полосе частот от 500 до 18000 МГц.
0
Известен также герметичный коаксиально-полосковый соединитель типа SMP 19S181-5H0E4 фирмы Rosenberger, используемый в диапазоне частот до 26,5 ГГц и аналогичный по конструкции СРГ-50-751 ФВ (фиг. 1). В инструкции Assembly Instruction MA_19G при длине выступающей части центрального проводника 1,27 мм и диаметре d=0,38 мм рекомендуемый диаметр внешнего проводника дополнительной согласующей коаксиальной линии составляет D=0,9 мм.
Функционально герметичный коаксиально-полосковый соединитель в составе СВЧ прибора предназначен для соединения микрополоскового радиоэлектронного функционального устройства, находящегося в герметичном корпусе прибора, с внешней стандартной линией с волновым сопротивлением W. Для достижения малых значений КСВН герметичного коаксиально-полоскового соединителя, сопряженного с корпусом прибора, волновые сопротивления коаксиальной части соединителя и дополнительной согласующей коаксиальной линии должны быть близкими к волновому сопротивлению W стандартной передающей линии, что достигается исключением или сведением к минимуму неоднородностей в этих линиях передачи.
0
0
При сочленении герметичного коаксиально-полоскового соединителя со стенкой прибора эксцентриситет диаметров D и d внешнего и внутреннего проводников дополнительной коаксиальной линии приводит к возникновению неоднородности в этой линии (Радиопередающие устройства / Под ред. О.А. Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982, с. 30) и, следовательно, к увеличению КСВН, который может превысить норму, указанную в технической документации на герметичный коаксиально-полосковый соединитель. Чем меньше диаметр отверстия D в стенке корпуса при неизменном значении диаметра внутреннего проводника d, тем больше неоднородность и сильнее влияние эксцентриситета на КСВН. Причиной возникновения эксцентриситета является наличие допусков на расчетные геометрические размеры как деталей герметичного коаксиально-полоскового соединителя, так и корпуса прибора. Контроль эксцентриситета диаметров может быть осуществлен только после пайки герметичного коаксиально-полоскового соединителя в корпусе прибора. В случае больших значений эксцентриситета требуется демонтаж соединителя из корпуса прибора с применением дополнительного разогрева.
0
0
Кроме того, в процессе изготовления и эксплуатации прибора возможно попадание в пространство между внешним и внутренним проводниками дополнительной коаксиальной линии, т.е. между поверхностями отверстия в стенке корпуса прибора и выступающей частью центрального проводника герметичного коаксиально-полоскового соединителя, флюса и посторонних частиц, ухудшающих характеристики соединителя, в том числе КСВН. Сильное влияние на величину КСВН оказывают шарики припоя диаметром в несколько микрон, попадающие в зазор между внутренней поверхностью отверстия в стенке СВЧ прибора с диаметром D и внешней поверхностью центрального проводника с диаметром d при высокотехнологичной пайке соединителя в стенку корпуса прибора паяльными пастами. Перемещение посторонних частиц и флюса в зазоре при внешних механических и климатических воздействиях делает электрические параметры соединителя нестабильными. Из-за близости размеров диаметров D и d гарантированное устранение флюса и посторонних частиц даже при ультразвуковой очистке прибора затруднено. Пространство между проводниками дополнительной коаксиальной линии находится во внутренней части корпуса прибора и имеет малые размеры, поэтому оно труднодоступно для визуального контроля. Таким образом, наличие флюса и посторонних частиц ведет к увеличению КСВН герметичного коаксиально-полоскового соединителя, сочлененного с корпусом прибора, нестабильности и ухудшению электрических параметров прибора.
Известна также конструкция герметичного соединения коаксиально-полоскового соединителя из патентной заявки JP №6037516, согласно которой в пространстве между выступающей частью центрального проводника и поверхностью отверстия стенки корпуса прибора размещена разрезная втулка из диэлектрического материала, состоящая из двух частей.
Однако допуски на наружный и внутренний диаметры втулки должны учитывать возможный эксцентриситет диаметров центрального проводника и отверстия в стенке корпуса прибора, что приводит к неплотному прилеганию частей втулки к другу и к металлическим поверхностям. В указанные полости могут также попадать посторонние частицы, не позволяя полностью избавиться от вышеуказанного недостатка.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является конструкция, описанная в патентной заявке JP №63316901. Согласно данной конструкции пространство между центральным проводником и поверхностью отверстия в стенке корпуса заполнено диэлектрическим материалом.
Однако в данной конструкции не уделено внимание, каким образом выполнена указанная выше диэлектрическая изоляция центрального проводника.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение электрических параметров и надежности СВЧ прибора, в составе которого использован герметичный коаксиально-полосковый соединитель.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в конструкции герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя, включающей герметичный коаксиально-полосковый соединитель, состоящий из корпуса и центрального проводника, корпус прибора, в стенке которого выполнено отверстие, и функциональное устройство, размещенное в корпусе прибора и соединенное с центральным проводником перемычкой, причем выступающая за пределы корпуса герметичного коаксиально-полоскового соединителя часть центрального проводника окружена диэлектрическим материалом, дополнительно введена металлическая втулка, размещенная на корпусе герметичного коаксиально-полоскового соединителя, зафиксированная вместе с герметичным коаксиально-полосковым соединителем в отверстии стенки корпуса прибора и имеющая в торцевой части сквозное отверстие, в котором коаксиально расположена выступающая за пределы корпуса герметичного коаксиально-полоскового соединителя часть центрального проводника, а в качестве диэлектрического материала использован отвержденный диэлектрический клеевой состав, заполняющий пространство между поверхностями центрального проводника и отверстия в стенке корпуса прибора.
Кроме того, заявляется конструкция, в которой наряду с вышеназванными признаками диаметр сквозного отверстия в металлической втулке выполнен в соответствии с формулой:
D=d exp (W√ε),
где D - диаметр сквозного отверстия в металлической втулке;
d - диаметр центрального проводника;
W - волновое сопротивление дополнительной коаксиальной линии, образованной выступающей частью центрального проводника и втулкой;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость отвержденного диэлектрического клеевого состава.
Кроме того, заявляется конструкция, в которой наряду с вышеназванными признаками фиксация металлической втулки на корпусе герметичного коаксиально-полоскового соединителя осуществлена пайкой.
Кроме того, заявляется конструкция, в которой наряду с вышеназванными признаками металлическая втулка имеет форму полого цилиндра.
Кроме того, заявляется конструкция, в которой наряду с вышеназванными признаками металлическая втулка имеет на внутренней поверхности резьбу, сопрягаемую с резьбой на корпусе герметичного коаксиально-полоскового соединителя.
Кроме того, заявляется конструкция, в которой наряду с вышеназванными признаками фиксация металлической втулки в отверстии стенки корпуса прибора осуществлена пайкой.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) в рабочей полосе частот герметичного коаксиально-полоскового соединителя, сопряженного с СВЧ прибором, и уменьшении разброса по КСВН как от образца к образцу, так и при воздействии внешних механических и климатических факторов. Указанный технический результат достигается за счет введения металлической втулки с заполнением пространства между втулкой и выступающей частью центрального проводника герметичного коаксиально-полоскового соединителя диэлектрическим клеевым составом.
Заполнение пространства вокруг выступающей части центрального проводника диэлектрическим клеевым составом исключает возможность попадания флюса и посторонних частиц. Использование клеевого состава в отличие от применения диэлектрических втулок исключает возможность капиллярного проникновения посторонних частиц между поверхностями внутреннего проводника на стыке с диэлектрическим материалом заполнения.
Дополнительно заявляемая конструкция за счет увеличения диаметра внешнего проводника дополнительной коаксиальной линии в связи с заполнением зазора диэлектрическим составом в случае возникновения эксцентриситета диаметров внутреннего проводника и отверстия во втулке уменьшает вносимый вклад появившейся такого рода неоднородности по сравнению с известными соединителями с таким же эксцентриситетом.
Использование металлической втулки позволяет заполнить пространство между выступающей частью центрального проводника и окружающей его поверхностью диэлектрическим составом до фиксации соединителя в корпусе прибора. Это значительно повышает технологичность данной операции, позволяя на ранней стадии изготовления отбраковывать соединители с недопустимым эксцентриситетом. Совместное использование диэлектрического клеевого состава и втулки позволяет использовать заявляемую конструкцию при любых формах корпуса соединителя и втулки, так как клеевой состав принимает форму любой полости, обеспечивая хорошую адгезию с поверхностями и исключая капиллярное проникновение посторонних частиц между ними.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг. 3-7, на которых изображено:
Фиг. 3 - продольное сечение герметичного коаксиально-полоскового соединителя с металлической втулкой;
Фиг. 4 - продольное сечение заявляемой конструкции герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя;
Фиг. 5 - поперечное сечение дополнительной согласующей коаксиальной линии в известной конструкции герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя при отсутствии эксцентриситета;
Фиг. 6 - поперечное сечение дополнительной согласующей коаксиальной линии в известной конструкции герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя с эксцентриситетом;
Фиг. 7 - поперечное сечение дополнительной согласующей коаксиальной линии в заявляемой конструкции герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя с эксцентриситетом.
На фиг. 3-7 позициями 1-7 обозначены:
1 - корпус герметичного коаксиально-полоскового соединителя;
2 - центральный проводник;
3 - стенка корпуса прибора;
4 - металлическая перемычка;
5 - функциональное устройство;
6 - металлическая втулка;
7 - отвержденный диэлектрический клеевой состав.
Конструкция герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя состоит из герметичного коаксиально-полоскового соединителя, корпуса прибора, металлической втулки 6 и функционального устройства 5. Герметичный коаксиально-полосковый соединитель содержит корпус 1, в котором герметично посредством диэлектрической шайбы коаксиально размещен центральный проводник 2. Металлическая втулка 6 имеет в торцевой части сквозное отверстие и зафиксирована на корпусе 1 герметичного коаксиально-полоскового соединителя, центральный проводник 2 которого размещен в сквозном отверстии торцевой части металлической втулки 6 и образует с этим отверстием дополнительную согласующую коаксиальную линию. Пространство между поверхностями центрального проводника 2 и отверстия металлической втулки 6 заполнено отвержденным диэлектрическим клеевым составом 7. Металлическая втулка 6 вместе с герметичным коаксиально-полосковым соединителем размещена в отверстии стенки 3 корпуса прибора. Конец центрального проводника 2 соединен с функциональным устройством 5 посредством металлической перемычки 4.
Конструкцию герметичного соединения корпуса и коаксиально-полоскового соединителя изготавливают следующим образом.
Металлическую втулку 6 выполняют с диаметром сквозного отверстия в соответствии с формулой:
ε
D=d exp (W√ε),
ε
где D - диаметр сквозного отверстия в металлической втулке 6;
d - диаметр центрального проводника 2;
W - волновое сопротивление дополнительной коаксиальной линии, образованной выступающей частью центрального проводника 2 и металлической втулкой 6;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость отвержденного диэлектрического клеевого состава 7.
Волновое сопротивление W определяется формулой:
,
0
где D - диаметр отверстия, рекомендованный предприятием-изготовителем герметичного коаксиально-полоскового соединителя в стенке 5 корпуса прибора.
В частном случае реализации полезной модели металлическая втулка 6 может быть выполнена в виде полого цилиндра, как показано на фиг. 3. Металлическую втулку 6 фиксируют на корпусе 1 с размещением центрального проводника 2 коаксиально в сквозном отверстии в торцевой части металлической втулки 6. Фиксацию металлической втулки 6 на корпусе 1 осуществляют пайкой либо с помощью резьбового соединения с последующей пайкой. В случае использования резьбового соединения металлическая втулка 6 на внутренней своей поверхности имеет резьбу, сопрягаемую с резьбой на корпусе 1 герметичного коаксиально-полоскового соединителя. Пространство между поверхностями центрального проводника 2 и сквозного отверстия металлической втулки 6 заполняют диэлектрическим клеевым составом 7, который затем отверждают в соответствии с режимом, определяемым конкретным составом клеевой композиции. На данном этапе герметичный коаксиально-полосковый соединитель возможно проверить на соответствие требуемым параметрам без СВЧ прибора. Если соединитель прошел проверку на соответствие, его параметры не изменятся, и можно гарантировать, что они будут соответствовать таковым после монтажа в стенку корпуса СВЧ прибора.
В стенке 3 корпуса прибора, например из алюминиевого сплава Д16 (ГОСТ 4784-97), выполняют сквозное отверстие для размещения герметичного коаксиально-полоскового соединителя с металлической втулкой 6. В полученное отверстие помещают герметичный коаксиально-полосковый соединитель с металлической втулкой 6, фиксируя его паяным соединением. Затем производят пайку металлической перемычки 4 к выступающей части центрального проводника 2 и полосковому функциональному устройству 5. Отвержденный диэлектрический клеевой состав 7 защищает пространство между поверхностями центрального проводника 2 и отверстия в металлической втулке 6 от капель флюса, припоя и прочих посторонних частиц в процессе пайки и дальнейших технологических операций, а также от посторонних частиц в процессе эксплуатации.
При использовании в приборе СВЧ соединителя типа SMP 19S181-5H0E4 фирмы Rosenberger и клеевого состава с ε=2,7-2,8 на основе эпоксидной смолы расчетное значение диаметра сквозного отверстия в торцевой части металлической втулки равно 1,3 мм. В этом случае металлическую втулку фиксируют на корпусе соединителя пайкой.
При использовании в приборе СВЧ соединителя СРГ-50-751-ФВ ВРО.364.049 ТУ и клеевого состава с ε=2,7-2,8 на основе эпоксидной смолы для образования диэлектрического слоя расчетное значение диаметра сквозного отверстия в торцевой части металлической втулки равно 2,16 мм. В этом случае металлическая втулка имеет на внутренней своей поверхности резьбу, сопрягающуюся с резьбой на корпусе СВЧ соединителя СРГ-50-751-ФВ. Металлическую втулку навинчивают на корпус соединителя и фиксируют пайкой для обеспечения герметичности.
0
ε
На фиг. 5 изображено поперечное сечение дополнительной согласующей коаксиальной линии с воздушным заполнением с диаметрами проводников D=1,3 мм и d=0,6 мм при отсутствии эксцентриситета между ними. На фиг .6 представлена та же коаксиальная линия с эксцентриситетом диаметров проводников 0,1 мм. Дополнительная согласующая коаксиальная линия на фиг. 7 заполнена отвержденным диэлектрическим клеевым составом с ε=2,7-2,8 и имеет эксцентриситет 0,1 мм. Диаметр отверстия в торцевой части металлической втулки D=2,16 обеспечивает волновое сопротивление, что и у исходной линии. Увеличение в дополнительной согласующей коаксиальной линии с диэлектрическим заполнением диаметра сквозного отверстия в торцевой части металлической втулки при неизменном диаметре центрального проводника приводит по сравнению с дополнительной согласующей коаксиальной линией с воздушным заполнением к уменьшению неоднородности при одних и тех же значениях эксцентриситета между наружным и внутренним проводниками этой линии.
Заявляемая конструкция позволяет улучшить электрические параметры как в нормальных условиях, так и при воздействии климатических и механических факторов, и, соответственно, повысить надежность СВЧ прибора.