ВРАЩАЮЩЕЕСЯ СОЕДИНЕНИЕ
ROTARY CONNECTION

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокационной техники, в частности к устройствам антенно-фидерной системы, используемым для передачи сверхвысокочастотной энергии между неподвижной частью радиолокационной станции (РЛС), например стационарными (неподвижными) передатчиками, приемниками, и вращающейся антенной системой.
При разработке радиолокационной станции (РЛС) возникает задача создания высокочастотного вращающегося соединения для передачи СВЧ-сигналов от неподвижной части, в которой расположены передатчики и приемники, к вращающейся части с установленной на ней антенной системой. Вращающееся соединение должно обеспечивать передачу как мощных, поступающих с выхода передающего устройства на антенную систему, так и слабых, поступающих с антенной системы на вход приемных устройств, СВЧ-сигналов. При этом вращающееся соединение должно иметь хорошее согласование, малые потери СВЧ-сигнала. Кроме того, часто вращающееся соединение должно обеспечивать одновременно передачу различных СВЧ-сигналов в разных частотных диапазонах.
Так, отдаленным аналогом заявляемого изобретения является вращающееся соединение, содержащее концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми изоляторами, выполненными на основе плоскопараллельной радиальной линии, и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров, выполненные в виде двух параллельных ветвей полосковой линии, содержащих многоступенчатые трансформаторы сопротивлений (пат. №2260229, МПК Н01Р 1/06, опубл. 10.09.2005).
Это устройство имеет хорошее согласование, малые потери СВЧ-сигнала, больший уровень рабочей мощности.
Этому устройству присущи следующие недостатки:
- ограничение количества каналов обусловлено геометрическими размерами отрезков коаксиальной линии внешнего канала. При возрастании диаметра отрезков коаксиальной линии возникает необходимость увеличения (с 2-х до 4-х и более) точек соединения выходов вращающегося соединения с отрезками коаксиальных линий, так как при использовании всего 2-х точек соединения отрезки коаксиальных линий возбуждаются неравномерно, что приводит к росту потерь СВЧ-сигнала и ухудшению согласования;
- малый диапазон рабочих частот каждого отдельного канала, обусловленный наличием двух параллельных ветвей полосковой линии, содержащих резонансные многоступенчатые трансформаторы сопротивлений;
- невозможность обеспечивать одновременно передачу СВЧ-сигналов в разных диапазонах частот.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является вращающееся соединение, содержащее концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий, возбуждаемые в 4-х точках, равномерно расположенных по периметру на торцах отрезков коаксиальных линий, и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров, согласующие переходы выполнены в виде 2-х каскадных делителей, представляющих собой соединения симметричных тройников, выходные плечи которых выполнены в виде трансформаторов, причем трансформаторы, являющиеся выходными плечами тройников первого каскада, выполнены составными из нескольких последовательно соединенных нерезонансных отрезков линии передачи, имеющих различные волновые сопротивления, уменьшающиеся от входа тройника первого каскада к входам тройников 2-го каскада, а трансформаторы, являющиеся выходными плечами тройников 2-го каскада, представляют собой нерезонансные отрезки линии (длиной, значительно меньшей четверти длины волны), имеющие переменное волновое сопротивление, увеличивающееся от входов тройников к местам присоединения к отрезкам коаксиальных линий (пат. №2598182, МПК Н01Р 1/06, опубл. 20.09.2016).
Это устройство имеет увеличенное количество каналов за счет увеличения диаметров концентрично расположенных отрезков коаксиальных линий, увеличенный диапазон рабочих частот канала при сохранении хорошего согласования и малых потерь СВЧ-сигнала.
Однако с помощью этого устройства невозможно обеспечивать одновременно передачу СВЧ-сигналов в разных частотных диапазонах.
Технический результат предлагаемого изобретения - увеличение количества рабочих частотных диапазонов канала при сохранении хорошего согласования и малых потерь СВЧ-сигнала.
Указанный технический результат достигается тем, что во вращающемся соединении, содержащем согласующие переходы, соединенные с отрезками концентрично установленных связанных аксиальных линий, выполненные в виде вращающихся (роторных) и неподвижных (статорных) цилиндров, длина которых равна четверти средней длины волны одного из рабочих диапазонов, длина перекрывающихся участков цилиндров, образованных вращающимися (роторными) и неподвижными (статорными) цилиндрами, не кратна четверти длины волны любой из частот этих диапазонов.
Известны вращающиеся соединения, использующие дроссели (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973, стр. 391-393, (дроссельные зазоры) пат. №2260229, МПК Н01Р 1/06, опубл. 10.09.2005). Дроссели, как известно, используются для создания высокочастотного бесконтактного соединения, и их длина кратна четверти длины волны. Дроссели длиной, равной четверти длины волны рабочей частоты, используются в том случае, когда предъявляются особо жесткие требования к размерам соединения. Дроссели длиной, равной половине длины волны, используются в том случае, когда необходима широкая полоса рабочих частот, необходимо предотвратить излучение через зазор и обеспечить точность взаимной центровки (Расчет и конструирование антенно-фидерных устройств. Дорохов А.П. Харьков: Изд. Харьковского гос. университета, 1960, стр. 307-318).
Заявляемое устройство имеет отличительные особенности:
- длина перекрывающихся участков цилиндров (дроссельных зазоров), образованных вращающимися (роторными) и неподвижными (статорными) цилиндрами, не кратна четверти длины волны любой из частот этих диапазонов;
- длина цилиндров равна четверти средней длины волны одной из рабочих частотных полос.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность изобретения будет более понятна из приведенного описания и прилагаемой к нему фиг. 1 (продольный разрез), на которой изображено следующее:
1 - согласующие переходы;
2 - роторный диск;
3 - статорный диск;
4 - вращающийся (роторный) связанный цилиндр центрального проводника;
5 - неподвижный (статорный) связанный цилиндр центрального проводника;
6 - вращающийся (роторный) связанный корпусной цилиндр;
7 - неподвижный (статорный) связанный корпусной цилиндр;
8 - дополнительный вращающийся (роторный) цилиндр;
9 - дополнительный неподвижный (статорный) цилиндр;
10 - точка соединения выхода согласующего перехода с концентрично установленными аксиальными линиями (цилиндрами).
1
2
2
Вращающееся соединение содержит согласующие переходы 1, диски (роторный 2 и статорный 3), на которых концентрично установлены отрезки связанных аксиальных линий, выполненные в виде вращающегося (роторного) связанного цилиндра центрального проводника 4 и неподвижного (статорного) связанного цилиндра центрального проводника 5, вращающегося (роторного) связанного корпусного цилиндра 6, неподвижного (статорного) связанного корпусного цилиндра 7, дополнительного вращающегося (роторного) цилиндра 8 и дополнительного неподвижного (статорного) цилиндра 9. Выходы согласующих переходов 1 связаны с цилиндрами центрального проводника 4, 5 в точках соединения 10, расположенных равномерно по периметру на торцах цилиндров центрального проводника 4, 5. Корпус согласующих переходов 1 гальванически связан с корпусными цилиндрами 6, 7 через диски 2, 3 (на фиг. 1 не показано). Расстояние между дисками 2, 3 равно L. Длина перекрывающихся участков (системы дроссельных зазоров), образованных вращающимся (роторным) связанным цилиндром центрального проводника 4, вращающимся (роторным) связанным корпусным цилиндром 6 и неподвижным (статорным) связанным цилиндром центрального проводника 5, неподвижным (статорным) корпусным связанным цилиндром 7, равна L. Длина перекрывающихся участков (системы дроссельных зазоров) (L) не кратна четверти длины волны ни одной из частот рабочих диапазонов. Длина роторных цилиндров 4, 6, 8 и длина статорных цилиндров 5, 7, 9 равна четверти средней длины волны одного из рабочих диапазонов. Перекрывающиеся участки цилиндров 4 и 5, 6 и 7 образуют коаксиальные конденсаторы, включенные последовательно в линию передачи. Длина этих коаксиальных конденсаторов не кратна четверти длины волны ни одной из частот рабочих диапазонов, следовательно, такое сочленение не является дроссельным (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973, стр. 391). Неперекрывающиеся участки цилиндров 4 и 5, 6 и 7 образуют резонаторы.
Вращающееся соединение работает следующим образом.
СВЧ-сигнал через согласующие переходы 1 поступает по точкам соединения 10 в роторные (статорные) цилиндры (отрезки концентрично установленных связанных аксиальных линий) центрального проводника 4 (5) и корпусных проводников 6 (7). Затем через коаксиальные конденсаторы, образованные перекрывающимися участками цилиндров 4 и 5, 6 и 7, СВЧ-сигнал поступает на статорные (роторные) цилиндры (отрезки концентрично установленных связанных аксиальных линий) центрального проводника 5 (4) и корпусных проводников 7 (6) и далее через точки соединения 10 - в согласующие переходы 1. Дополнительные цилиндры 8 (роторный) и 9 (статорный) служат для предотвращения излучения через зазор, а также для изоляции по высокой частоте в многоканальных вращающихся соединениях (Г.П. Бендерский, С.Б. Самойлов, О.Д. Грачев, В.М. Кореньков. Подвижная радиолокационная станция метрового диапазона волн РЛС П-18 (изделие 1РЛ 131Р): Учебное пособие. Стр. 40-42), образуя подобие (длина ее отлична от половины длины волны любого из рабочих диапазонов) разомкнутой дроссельной линии (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973, стр. 391). Коаксиальные конденсаторы, образованные перекрывающимися участками цилиндров 4 и 5, 6 и 7, совместно с резонаторами, образованными неперекрывающимися участками цилиндров 4, 5, 6, 7, позволяют получить вращающееся соединение, обеспечивающее одновременно передачу различных СВЧ-сигналов в разных частотных диапазонах, дополнительные цилиндры 8 и 9 позволяют минимизировать излучение через зазор между дисками 2, 3 и цилиндрами 6, 7, 8, 9.
2
ср
ср
На дату подачи заявки изготовлен макет двухканального вращающегося соединения, аналогичный двухканальному вращающемуся соединению (Г.П. Бендерский, С.Б. Самойлов, О.Д. Грачев, В.М. Кореньков. Подвижная радиолокационная станция метрового диапазона волн РЛС П-18 (изделие 1РЛ 131Р): Учебное пособие. Стр. 40-42). Длина цилиндров 4, 5, 6, 7, 8, 9 равны четверти средней длины волны верхнего частотного диапазона. Длина перекрывающихся участков цилиндров 4 и 5, 6 и 7 (L) составляет менее четверти длины волны любого из рабочих частотных полос и равна 0,16λ, где λ - средняя длина волны верхнего частотного диапазона. Согласующие переходы выполнены в одном канале по схеме, описанной в пат. №2598182, МПК Н01Р 1/06, в другом канале - по схеме каскадного включения делителей, выполненных на основе четвертьволновых трансформаторов (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973, стр. 428). Согласующие переходы соединены с цилиндрами центрального проводника 4 и 5 в 4-х точках, равномерно расположенных по периметру на торцах цилиндров.
Получены следующие параметры макета вращающегося соединения:
- ширина полосы рабочих частот по уровню КСВ=2 для 1-го канала:
1 диапазон - 10%;
2 диапазон - 25%;
- ширина полосы рабочих частот по уровню КСВ=2 для 2-го канала:
1 диапазон - 16,2%;
2 диапазон - 10,7%;
- развязка между каналами более 40 дБ.
Использование данного изобретения позволит сократить объем используемого в антенно-фидерной системе оборудования (вместо 2-х отдельных вращающихся соединений можно использовать одно за счет увеличения количества рабочих частотных полос канала при сохранении хорошего согласования и малых потерь СВЧ-сигнала), тем самым уменьшить вес и габариты антенно-фидерной системы, увеличить ее надежность и снизить ее стоимость.