СОЕДИНЕНИЕ ПОВОРОТНОЕ ВОЛНОВОДНОЕ
ROTATING WAVEGUIDE CONNECTION

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к СВЧ-технике. И может быть использовано в радиотехнических системах, имеющих механическое сканирование, а также в трансформируемых антенных системах.
В части радиотехнических систем возникает необходимость передачи СВЧ-энергии между неподвижной частью тракта и подвижной (механическое сканирование антенн, трансформируемые антенные системы) без нарушения электрического контакта и качества согласования. Такие конструкции, построенные на разных принципах, обеспечивающих электрический контакт между неподвижной и подвижной частями тракта широко известны (Д.М. Сазонов, А.Н. Гридин, Б.М. Мишустин «Устройства СВЧ». М.: Высшая школа. 1981. стр. 224-226; Л.И. Захарьящев. «Проектирование СВЧ устройств». Рязань. 2004. стр.240-245; Дж. К. Саусворт «Принципы и применение волноводной передачи» М.: Сов. радио, 1955 стр. 385-386; А.Ф. Харвей «Техника сверхвысоких частот». Пер. с англ. под ред. В.И. Сушкевича. Том.1. М.: Сов. радио. 1965. стр. 181-186; патент ФРГ № 1125496; патент CN № 102394323; патент CN № 203415663 патент РФ № 1075353; патент РФ № 2719628).
Промышленностью освоены и выпускаются подвижные соединения различного назначения (Журнал «Электроника» №1. 2010. стр.46-47).
Для обеспечения вращения во всех вышеописанных устройствах применяются подшипники скольжения или качения. Длительная работа подшипникового узла требует применения смазки. Исходя из условий работы подшипников в таких конструкциях, возможно применение пластичной или твёрдой смазки.
Использование смазок в радиотехнических системах наземного исполнения не вызывает затруднений. Применение подшипниковых узлов со смазкой в условиях космического пространства на космических аппаратах (КА) имеет ряд недостатков:
1. Недостаточный температурный диапазон их применений. Например, пластичная смазка ВНИИ НП-274Н ГОСТ 19337-73 имеет рабочий температурный диапазон от минус 80 до плюс 160°С;
2. Испарения компонентов пластичной смазки оседают на оптических приборах и солнечных панелях КА, ухудшая их работоспособность.
К недостаткам применения твёрдых смазок следует отнести:
1. Недостаточный температурный диапазон их применения. Например, твёрдая смазка ВНИИ НП-212 ТУ 38.101594-80 имеет рабочий температурный диапазон от минус 70 до плюс 150°С;
2. Сложность нанесения смазки;
3. Невозможность прямого контроля толщины и качества нанесенной смазки на детали подшипника, при жестких требованиях к толщине (0,020±0,002 мм). Невыполнение требований к толщине приведёт к увеличению момента трения. В худшем случае к заклиниванию.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, является конструкция, описанная в патенте РФ № 2719628 «Вращающееся волноводное соединение». Устройство состоит из параллельных отрезков волновода, имеющих общую ось вращения. Вращение одного волновода относительно другого обеспечивает шарикоподшипник.
Данное соединение выбрано в качестве прототипа. Наличие подшипника в конструкции и связанные с этим недостатки описаны выше.
Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: соединение поворотное волноводное, состоящее из двух параллельных отрезков волновода, один из которых выполнен с возможностью поворота относительно другого отрезка, и обеспечения передачи СВЧ энергии между трактами указанных отрезков.
Техническими проблемами предлагаемого изобретения являются:
1. Расширение эксплуатационного температурного диапазона;
2. Увеличение ресурса эксплуатации;
3. Уменьшение момента сопротивления вращению.
Указанные технические проблемы решаются соединением поворотным волноводным, состоящим из двух параллельных отрезков волновода, один из которых выполнен подвижным с возможностью поворота относительно другого отрезка, и обеспечения передачи СВЧ-энергии между трактами указанных отрезков, отличающимся от прототипа тем, что содержит корсет, в котором закреплены упомянутые отрезки волноводов, один из которых выполнен неподвижным, состоящий из неподвижной рамки, в которой соосно закреплены стальные керны, причем выступающая часть кернов представляет собой конус, имеющий минимальный радиус скругления на вершине, подвижной скобы, на плечах которой соосно закреплены опоры скольжения, представляющие собой представляющие собой керамические цилиндрические диски, имеющие в центре круглого основания глухое конусообразное отверстие, при этом конусная часть кернов входит в отверстия опор, позволяя совершать повороты относительно рамки.
Суть изобретения поясняется эскизами.
На фиг.1 изображена предлагаемая конструкция. В её состав входит корсет 1, в котором закреплён подвижный СВЧ-переход, состоящий из двух параллельных отрезков волноводов: - неподвижного 2 и подвижного 3.
На фиг 2 изображен корсет 1, состоящий из неподвижной рамки 4, в которой соосно закреплены стальные стержни - керны 5. Выступающая часть кернов 5 представляет собой конус, имеющий минимальный радиус скругления на вершине.
На фиг.3 представлена подвижная часть корсета – скоба 6, на плечах которой соосно закреплены опоры скольжения 7, представляющие собой керамические цилиндрические диски, имеющие в центре круглого основания глухое конусообразное отверстие. Данные опоры имеют малый момент трения при высокой точности центрирования.
Конусная часть кернов 5 входит в глухое коническое отверстия опор 7, позволяя совершать повороты относительно рамки 4.
Применение опор 7 на кернах 5 вместо подшипников позволяет отказаться от применения смазок. При этом диапазон рабочих температур узла ограничен только температурой эксплуатации материалов керна и опоры.
Соединение поворотное волноводное работает следующим образом. Поворот подвижной части соединения относительно неподвижной обеспечивается двумя соосными скользящими парами. Скользящие пары представляют собой два конических керна, заостренных соосно в неподвижной части, вершинами навстречу друг к другу. При этом вершины керна входят в конические глухие отверстия в керамических дисках, которые закреплены соосно в подвижной части соединения. СВЧ-сигнал передаётся без изменения технических характеристик благодаря минимальной несоосности подвижной и неподвижной частей соединения.
Минимальная площадь соприкосновения трущихся пар, позволяет получить незначительный момент трения, что в свою очередь позволит:
- значительно увеличить ресурс узла;
- применять привода с малой мощностью и массой.
Применение узлов, построенных на предлагаемом принципе на КА, позволит избежать негативного влияния испарений компонентов смазки на оптические приборы и солнечные панели.