Волновой СВЧ переключатель и способ его изготовления
WAVEGUIDE MICROWAVE SWITCH AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к электромеханическим волноводным СВЧ переключателям, которые состоят из СВЧ части (корпус, вал) и актуатора.
Известна конструкция волноводного переключателя, содержащего статор, в котором размещены входные и выходные каналы, и ротор, расположенный соосно внутри него, в котором выполнены коммутирующие каналы. Ротор состоит из двух частей, расположенных симметрично относительно его оси и соединенных пружинами, причем каждая часть ротора установлена с возможностью поджатая к статору посредством фиксирующего механизма, состоящего из трех кулачков, размещенных между частями ротора [Авторское свидетельство СССР №1282243].
Недостатком известного переключателя является малое быстродействие, большие габариты и малая надежность, обусловленная сложностью конструкции.
Известен волноводный переключатель, содержащий статор, коммутируемые волноводные каналы, ротор с осью вращения, коммутирующий отрезок волновода, привод, кулачок, выполненный в виде плоской пружины и магнита, магнитоуправляемые контакты и узел фиксации в виде стержневых элементов. Включение привода на прямой ход приводит к вращению оси, с закрепленными на ней ротором и кулачком. Уменьшение расстояния между магнитом и магнитоуправляемым контактом вызывает срабатывание контакта, который переключает привод на реверсный ход [Авторское свидетельство СССР №1529319].
Недостатком изобретения служит недостаточная надежность конструкции.
Известен волноводный переключатель, который содержит статор с коммутируемыми каналами, ротор с коммутирующими каналами, связанный с приводом, выполненным в виде электродвигателя и редуктора, который механически связан с двумя концевыми выключателями, электрически соединенные с обмоткой электродвигателя и с реле управления [Патент РФ №45564].
Данная конструкция позволяет уменьшить массу и габариты волноводного СВЧ переключателя, но увеличивает сложность восстановления его работоспособности.
Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является волноводный переключатель, содержащий корпус (статор); окна ввода и вывода; ротор, имеющий коммутирующий канал; исполнительное устройство, состоящее из электромагнитов, установленных симметрично по обе стороны от оси ротора; ограничительные упоры; магнитопроводящее основание; два сегментообразных постоянных магнита, установленных на магнитопроводящем основании симметрично относительно оси ротора, при этом сегментообразные постоянные магниты обращены к полюсам электромагнитов разноименными полюсами и ось их симметрии размещена под углом к линии, соединяющей центры полюсов электромагнитов, а электромагниты размещены параллельно оси ротора [Авторское свидетельство СССР №1083255].
Недостатком устройства является неопределенность исходного положения ротора и неоптимальный тепловой режим из-за несогласованных временных параметров управления электромагнитами и динамическими характеристиками ротора.
Задачей изобретения является стабилизация электрических параметров волноводного СВЧ переключателя путем создания конструкции «корпус - вал - актуатор» и способа ее изготовления обеспечивающего высокую точность позиционирования корпуса (статора) и вала (ротора) с выполненными волноводными каналами СВЧ части переключателя, и ротора актуатора (устройства управления).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является постоянство электрических параметров волноводного СВЧ переключателя, таких как коэффициент стоячей волны по напряжению, значение прямых потерь, развязка между каналами, максимальный уровень входной мощности.
Технический результат достигается тем, что волноводный СВЧ переключатель содержит корпус и вал, которые составляют СВЧ часть, и актуатор, который служит для поворота вала СВЧ части переключателя на 90°. В корпусе выполнены окна ввода и вывода, в валу выполнены волноводные коммутирующий каналы, и находятся штифт и магниты. Магниты устанавливаются в детали южным полюсом вверх (S-N), магниты устанавливаются в детали северным полюсом вверх (N-S). В центре корпуса выполнено цилиндрическое отверстие для вала, на дне которого находится отверстие для подшипника. На дне отверстия находятся углубления с магнитами и углубления в виде «фасолины», где перемещается штифт, установленный в валу. С другой стороны, на вал устанавливается крышка с подшипником внутри и закрепляется гайкой. Актуатор содержит основание и крышку с внешним разъемом, через который происходит подача управляющих импульсов напряжения на одну из катушек через плату телеметрии, которая регистрирует положения актуатора. Магнитное поле в катушке замыкается в сердечнике, которая взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, закрепленного на оси ротора. Ротор располагается на фланце, где предусмотрен специальный паз, который ограничивает вращение ротора с закрепленным на нем ограничителем. Вращение ротора осуществляется за счет подшипников.
Кроме того, технический результат достигается тем, что при изготовлении волноводного СВЧ переключателя, включающего формирование корпуса, в котором выполняются окна ввода и вывода, цилиндрическое отверстие под вал и под подшипник, и углубление виде «фасолины», и формирование вала, в котором выполняются волноводные коммутирующие каналы, отверстия под штифт и магниты. В корпус устанавливаются два крайних магнита и один центральный. В соответствующие отверстия вала устанавливаются штифт и магнит. На «хвостик» вала пресс-посадкой устанавливается подшипник, который в дальнейшем помещается в корпус в соответствующее отверстие под подшипник. Во время движения вала, при помощи штифта точно совмещаются окна ввода и вывода корпуса и волноводные коммутирующие каналы вала. В корпус устанавливается крышка с подшипником, для точного центрирования вала в корпусе, совмещая внутреннее отверстие подшипника и длинный «хвостик» вала. Подшипник закрепляется гайкой, закручивающейся в крышку. Актуатор, включающий формирование основания, в котором устанавливается подшипник, к фланцу крепится сердечник с катушкой и подшипник. В подшипник основания устанавливается ротор, на который в свою очередь помещается фланец с сердечником, катушкой и подшипником, сориентировав отверстия на фланце с отверстиями на основании. На посаженную часть ротора устанавливается ограничитель. Плата телеметрии помещается на бобышки фланца. На выступающие пазы основания устанавливается крышка с внешним разъемом. Для обеспечения гарантированной соосности, вал и ротор актуатора соединяются шлицевым свободным торцевым соединением. Затем стыкуются корпус и основание, имеющие плоскостность установочных поверхностей и минимальные отклонения позиционного допуска присоединительных отверстий, что повышает точность соосности и позиционирования их друг относительно друга.
Изобретение поясняется с помощью чертежей: на фиг. 1 представлен общий вид; на фиг. 2 - представлен вид спереди-сверху корпуса; на фиг. 3 поперечное сечение корпуса разрез А-А фиг. 2; на фиг. 4 - представлен общий вид вала; на фиг. 5 - продольное сечение СВЧ - части волноводного СВЧ - переключателя; на фиг. 6 - продольное сечение актуатора волноводного СВЧ - переключателя; на фиг. 7 - стыковка вала СВЧ - части и ротора актуатора.
Предлагаемый способ заключается в том, что волноводный СВЧ переключатель содержит корпус (1) и вал (2), которые составляют СВЧ часть, и актуатор (3), который служит для поворота вала (2) СВЧ части переключателя на 90° (фиг. 1). В корпусе (1) выполнены окна ввода и вывода (4) (фиг. 2), в валу (2) выполнены волноводные коммутирующий каналы (5) (фиг. 4), и находятся штифт (6) и магниты (8) (фиг. 3). Магниты (7) устанавливаются в детали южным полюсом вверх (S-N), магниты (8) устанавливаются в детали северным полюсом вверх (N-S). В центре корпуса выполнено цилиндрическое отверстие (9) для вала (фиг. 2), на дне которого находится отверстие для подшипника (10) (фиг. 3). На дне отверстия (9) находятся углубления с магнитами (7), (8) и углубления в виде «фасолины» (11) (фиг. 3), где перемещается штифт (6), установленный в валу (2). С другой стороны, на вал (2) устанавливается крышка (12) с подшипником (13) внутри и закрепляется гайкой (14) (фиг. 4). Актуатор (3) содержит основание (15) и крышку (16) с внешним разъемом (17), через который происходит подача управляющих импульсов напряжения на одну из катушек (18) через плату телеметрии (19), которая регистрирует положения актуатора. Магнитное поле в катушке (19) замыкается в сердечнике (20), которая взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита (21), закрепленного на оси ротора (22) (фиг. 6). Ротор располагается на фланце (23), где предусмотрен специальный паз, который ограничивает вращение ротора с закрепленным на нем ограничителем (24). Вращение ротора осуществляется за счет подшипников (13) (фиг. 5).
Также при изготовлении волноводного СВЧ переключателя, включающего формирование корпуса (1), в котором выполняются окна ввода и вывода (4), цилиндрическое отверстие под вал (9) и под подшипник (10), и углубление виде «фасолины» (11), и формирование вала (2), в котором выполняются волноводные коммутирующие каналы (5), отверстия под штифт (6) и магниты (7). В корпус (1) устанавливаются два крайних магнита (7) и один центральный (8). В соответствующие отверстия вала устанавливаются штифт (6) и магнит (8). На «хвостик» вала пресс-посадкой устанавливается подшипник (13), который в дальнейшем помещается в корпус (1) в соответствующее отверстие под подшипник (10). Во время движения вала (2), при помощи штифта (10) точно совмещаются окна ввода и вывода (4) корпуса (1) и волноводные коммутирующие каналы (5) вала (2). В корпус (1) устанавливается крышка (12) с подшипником (13), для точного центрирования вала (2) в корпусе (1), совмещая внутреннее отверстие подшипника (10) и длинный «хвостик» вала (2). Подшипник закрепляется гайкой (14), закручивающейся в крышку (12). Актуатор (3), включающий формирование основания (16), в котором устанавливается подшипник (13), к фланцу (23) крепится сердечник (20) с катушкой (18) и подшипник (13). В подшипник (13) основания (16) устанавливается ротор (22), на который в свою очередь помещается фланец (23) с сердечником (20), катушкой (18) и подшипником (13), сориентировав отверстия на фланце (23) с отверстиями на основании (16). На посаженную часть ротора (22) устанавливается ограничитель (24). Плата телеметрии (19) помещается на бобышки фланца (23). На выступающие пазы основания (15) устанавливается крышка (16) с внешним разъемом (17). Для обеспечения гарантированной соосности, вал (2) и ротор актуатора (23) соединяются шлицевым свободным торцевым соединением. Затем стыкуются корпус (1) и основание (16), имеющие плоскостность установочных поверхностей и минимальные отклонения позиционного допуска присоединительных отверстий, что повышает точность соосности и позиционирования их друг относительно друга.
Заявляемый способ позволяет достичь гарантированную соосность вала и корпуса СВЧ-части волноводного СВЧ переключателя и ротора актуатора, что позволяет стабилизировать электрические параметры готового изделия.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - вал;
3 - актуатор;
4 - окна ввода и вывода корпуса;
5 - волноводные коммутирующий каналы вала;
6 - штифт;
7 - магниты S-N;
8 - магниты N-S;
9 - отверстие под вал;
10 - отверстие для подшипника;
11 - углубления в виде «фасолины»;
12 - крышка;
13 - подшипник;
14 - гайка;
15 - основание;
16 - крышка;
17 - внешний разъем;
18 - катушка;
19 - плата телеметрии;
20 - сердечник;
21 - магнит;
22 - ротор;
23 - фланец;
24 - ограничитель.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1083255, МКП: Н01Р 1/12, опубликовано в 1981 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1282243, МКП: Р01Р 1/12, опубликовано в 1987 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1529319 МКП: Н01Р 1/12, опубликовано в 1988.
4. Патент РФ №45564, МПК: Н01Р 1/10, опубликован 10.11.2004