Вращающееся соединение

 

Изобретение относится к устройствам антенно-фидерных систем. Технический результат заключается в уменьшении веса и габаритов. Сущность изобретения состоит в том, что кольцевые полосковые линии расположены по двум концентричным дорожкам, образованным сопряженными дугами окружностей одинакового радиуса, центры которых смещены относительно общей оси вращения и выполнены в виде переплетенных неполных колец с изломами в местах перехода с одной концентрической дорожки на другую, причем изломы и радиальные вводы сгруппированы и размещены симметрично и равномерно. Изломы могут делить неполные кольца полосковых линий на две части, электрическая длина которых составляет четверть длины волны. Система возбуждения может быть выполнена в виде симметричных полосковых линий на вращающихся и неподвижных диэлектрических кольцах и соединены с входной и выходной коаксиальными линиями. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

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, стационарным приемником, и вращающейся антенной системой.

Предлагаемое вращающееся соединение предназначено для создания многоканальных устройств с числом каналов от 2 до 50 на основе модульного построения (модуль конструктивно объединяет два, четыре вращающихся соединений) с независимой и одновременной передачей СВЧ-энергии по каждому каналу.

Преимущественная область использования вращающегося соединения - радиолокационные станции кругового обзора с визированными антенными решетками в метровом диапазоне волн.

Известны аналогичные по функциональному назначению вращающиеся соединения контактного типа, где передача энергии осуществляется методом постоянного гальванического контактирования между вращающейся и неподвижной частями (техническое описание изделия 5Н84А, часть 3, раздел 2.2.

Такие вращающиеся соединения обладают приемлемыми электрическими параметрами, имеют размер по высоте канала 40-50 мм.

Ввиду специфики электрической схемы и конструктивного построения контактных вращающихся соединений не имеется возможности создания многоканальных устройств с числом каналов более 10. Использование трущихся контактных пар обуславливает низкую надежность, долговечность и не исключает возникновение собственных шумовых помех.

Известны также аналогичные по технической сущности и типу передачи вращающиеся соединения на связанных коаксиальных линиях (Техническое описание изделия 5Н117, глава 9, г.Горький), в которых передача СВЧ-энергии осуществляется методом электромагнитной связи между вращающимися (роторными) и неподвижными (статорными) цилиндрами, образующими коаксиальные линии.

Возбуждение коаксиальных линий, а также съем СВЧ-энергии в нагрузку осуществляется в четырех точках, равномерно расположенных по периметру на торцах цилиндров при помощи схем деления и трансформации волновых сопротивлений, выполненных на коаксиальных кабелях.

Недостатком подобных вращающихся соединений является то, что примененный принцип электромагнитной связи между коаксиальными линиями четвертьволновой длины неизбежно обуславливает большой габаритный размер по высоте, что не позволяет создавать многоканальные устройства для РЛС с фазированными антенными решетками в метровом диапазоне волн.

Габаритный размер по высоте двухканального вращающегося соединения в указанном диапазоне волн, в котором каналы совмещены концентрично в один этаж, составляет 700 мм.

Целью настоящего изобретения является улучшение весогабаритных показателей бесконтактного вращающегося соединения.

Указанная цель достигается тем, что вращающееся соединение образовано кольцевыми электромагнитно связанными полосковыми линиями, проводники которых располагаются в равных количествах на обращенных друг к другу поверхностях вращающегося и неподвижного диэлектрических круговых колец (диски с отверстиями в центре), установленных с зазором, к двум противоположным поверхностям которых прилегают заземленные проводящие пластины.

Проводники кольцевых полосковых линий располагаются в виде переплетенных неполных колец по двум концентрическим дорожкам, внутренним и внешним, идентичным по конфигурации на вращающемся и неподвижном диэлектрических круговых кольцах, и имеют зигзагообразные изломы, обеспечивающие переход проводников с одной дорожки на другую, которые, в свою очередь, образованы сопряженными дугами окружностей одинакового радиуса с центрами, смещенными относительно общей оси вращения.

Каждый проводник кольцевых полосковых линий содержит радиально расположенный ввод, соединенный с одним их выходов системы возбуждения. Вводы располагаются на внутренней и внешней окружностях неподвижного и вращающегося диэлектрических круговых колец симметрично и равномерно и сгруппированы с зигзагообразными изломами.

Каждое неполное кольцо делится зигзагообразными изломами на две части, электрические длины которых близки к четверти длины волны.

Системы возбуждения, выполняющие функции равноамплитудного и синфазного деления и согласования волновых сопротивлений собственно кольцевых связанных полосковых линий с вводной и выходной коаксиальными линиями, представляют собой схемы на основе симметричных полосковых линий, нанесенные методом печатного монтажа, так же, как и проводники кольцевых полосковых линий, на фольгированный диэлектрический материал в форме круговых колец, у которых сплошная металлизация противоположных поверхностей образует заземленные проводящие пластины.

Большое число вращающихся соединений вышеуказанной конструкции может механически соединяться вместе аксиально, либо коаксиально одно относительно другого и образовывать тем самым многоканальное устройство с независимой и одновременной передачей СВЧ-сигналов по каждому каналу.

Предпочтительнее конструктивно объединять по два вращающихся соединения в случае аксиального расположения, либо по четыре - в случае коаксиального расположения аксиальных пар вращающихся соединений в отдельный блок-модуль. На основе модульного построения механически можно набирать многоканальное устройство с различным числом вращающихся соединений.

В таком многоканальном устройстве входные (выходные) коаксиальные линии от вращающихся частей отдельных каналов располагаются в свободном центральном стволе и могут быть при необходимости закреплены на распределительном диске в верхней части многоканального устройства.

Изобретение будет более понятным из следующего описания и приложенных к нему чертежей.

На фиг.1 изображен общий вид вращающегося соединения в разрезе; на фиг.2 - вид по сечению А-А устройства, изображенного на фиг.1; на фиг.3 - вид по сечению Б-Б устройства, изображенного на фиг.1; на фиг.4 изображена видоизмененная картина размещения кольцевых связанных полосковых линий и соответствует фиг.3; на фиг.5 изображен вариант размещения проводников кольцевых полосковых линий совместно со схемой деления и трансформации на одной поверхности диэлектрического кругового кольца; на фиг.6 изображен общий вид двух вращающихся соединений, конструктивно объединенных в блок-модуль, в разрезе.

Вращающееся соединение образовано кольцевыми электромагнитно связанными полосковыми линиями, содержащие кольцевые проводники 1, 2, которые расположены на обращенных друг к другу поверхностях диэлектрических круговых колец (дисков), вращающегося 3 и неподвижного 4, установленных с зазором, и заземленные проводящие пластины 5, 6, в качестве которых используется сплошная металлизация двух других поверхностей фольгированных диэлектрических дисков. Проводники 1, 2 нанесены на фольгированный диэлектрик методом печатных схем в виде неполных переплетенных колец по два на вращающемся и неподвижном дисках 3, 4. Каждый проводник 1, 2 размещается по двум концентрическим дорожкам, образованным дугами окружностей центры 7, 8 которых в равной степени смещены в противоположные стороны относительно общей геометрической оси вращения 9.

Переход проводников 1, 2 с внешней дорожки на внутреннюю либо с внутренней на внешнюю осуществляется с помощью зигзагообразных изломов 10, 11, противоположно расположенных между собой и сгруппированных с радиальными вводами 12, 13.

Вводы 12, 13 соединены вертикальными межэтажными переходами 14, 15 с выходами систем возбуждения, печатные схемы которых размещены на других уровнях (этажах) - над вращающимся и под неподвижным диэлектрическими дисками 3, 4 соответственно.

Системы возбуждения, включающие схемы деления и трансформирующие участки волновых сопротивлений, представляют собой симметричные полосковые линии, образованные центральными проводниками, расположенными между слоями 16, 17 и 18, 19 диэлектриков также в форме круговых колец, металлизированные поверхности 20, 21 и 22, 23 которых служат заземленными проводящими проводниками данных симметричных полосковых линий.

Своими входами системы возбуждения соединены с коаксиальными линиями 24, 25, причем корпусные проводники 19, 5 и 20, 6 соединены между собой и совместно с 18 и 21 соединены с наружными проводниками коаксиальных линий 22, 23.

Каждая коаксиальная линия 22, 23 зажата между двумя составными деталями вращающейся 26 и неподвижной 27 частей устройства, разделенные между собой зазорами, которые обеспечиваются общей сборкой с помощью двух подшипников скольжения 28, 29 с малым коэффициентом трения.

На фиг.4 изображена картина расположения четырех проводников 1 кольцевых полосковых линий на вращающейся части устройства и соответствует фиг.3. Две концентрические дорожки, по которым размещаются проводники 1 в виде неполных колец с помощью зигзагообразных изломов 11, образованы сопряженными дугами окружностей, четыре центра которых смещены относительно геометрической оси вращения 9. Эта конфигурация из четырех проводников потребует более сложной схемы деления и трансформации волновых сопротивлений, но, в то же время, она позволяет выполнить вращающееся соединение на другом участке частотного диапазона.

Пример размещения проводников полосковых линий совместно с системой возбуждения на одной поверхности диэлектрического диска показан на фиг.5. Система возбуждения, включающая трансформирующий участок ab, делитель на два с ветвями bc и bd, соединенными с радиальными вводами 12, в данном случае имеет некоторые отличия по сравнению со случаем размещения ее на других уровнях. Ввиду того, что печатная схема системы возбуждения нанесена лишь на одну поверхность диэлектрического диска, по одну сторону зазора, она будет расположена несимметрично относительно заземленных проводящих пластин. Однако, соответствующей коррекцией ширины проводников ab, bc и bd можно обеспечить согласование волновых сопротивлений входной коаксиальной линии и кольцевых связанных полосковых линий.

Варьируя диаметрами диэлектрических дисков 3, 4 с нанесенными на них кольцевыми проводниками 1, 2, числом этих проводников, выбором месторасположения систем возбуждения можно выполнить вращающееся соединение, отвечающее разнообразным техническим требованиям.

Вариант вращающегося соединения, изображенный на фиг.1, является предпочтительным, как наиболее простой, при достаточно малых габаритных размерах и, кроме того, отвечающий требованию по обеспечению свободного объема вокруг геометрической оси вращения, в котором может располагаться коаксиальное вращающееся соединение большого уровня мощности.

Целесообразно конструктивное объединение двух вращающихся соединений в блок-модуль. Пример такого объединения изображен на фиг.6.

Предлагаемое вращающееся соединение относится к взаимным устройствам, т.е. может передавать СВЧ-энергию как в прямом, так и обратном направлениях.

Поступающий во входную коаксиальную линию, например 22, сигнал СВЧ после прохождения через систему возбуждения делится на два равноамплитудных и синфазных сигнала, что соответствует числу кольцевых проводников 1 связанных полосковых линий на вращающемся диэлектрическом диске 3. Через межэтажные вертикальные переходы 14, по радиальным вводам 12 сигналы СВЧ возбуждают кольцевые связанные полосковые линии, образованные совмещенными проводниками 1, 2, расположенными на вращающемся 3 и неподвижном 4 диэлектрических дисках, установленных с зазором, и соответствующими проводящими пластинами 5, 6.

Принцип передачи СВЧ-энергии с вращающейся на неподвижную часть устройства при любых угловых положениях этих частей основан на работе направленных ответвителей с полной связью, состоящих из "тандемного" соединения нескольких секций направленных ответвителей с распределенной связью. Предподчтительная электрическая длина каждого полукольца, как в данном примере конкретного выполнения, или, в общем случае, длина каждого кольцевого участка проводников, разделенных зигзагообразными изломами, равна четверти длины волны рабочего диапазона. Ширина проводников 1, 2 и конечные рабочие зазоры между ними выбираются из расчета получения полной передачи (полной связи) между ними при малом коэффициенте стоячих волн в широкой рабочей полосе частот. Съем сигналов СВЧ, наведенных во вторичную цепь, или, что то же самое, в неподвижную часть устройства, осуществляется по аналогичным элементам в выходную коаксиальную линию 23.

Использование данного изобретения позволит создавать более совершенные дешевые радиолокационные станции метрового диапазона с фазированными антенными решетками, позволит упростить антенно-фидерную систему, снизить вес, габариты и энергетические затраты на вращение антенны, повысить надежность радиолокационного комплекса.

Отпадает необходимость размещения на вращающейся части антенно-мачтового устройства громоздкой многоканальной приемной аппаратуры, либо преобразователей на промежуточную частоту эхо-сигналов с фильтрами, гетеродинами, усилителями, причем вся эта аппаратура должна быть тщательно герметизирована от внешних климатических воздействий.

Использование предложенного технического решения для построения многоканальных вращающихся соединений, обладающие независимостью и одновременностью передачи СВЧ-энергии по каждому каналу, компактностью и включающие один канал большого уровня мощности, существенно упрощает решение важнейшей задачи создания легких, мобильных радиотехнических средств обнаружения.

По данному техническому предложению в опытном производстве изготовлен действующий макет 27-канального устройства и находится в стадии изготовления 35-канальное устройство, включающие 13 и 17 блок-модулей соответственно и по одному одиночному вращающемуся соединению. Кроме того, в каждом устройстве в свободном центральном стволе вокруг геометрической оси вращения расположено коаксиальное вращающееся соединение большого уровня мощности. Предполагается разработка и создание многоканального устройства с числом каналов 42, т.е. с числом блок-модулей 21.

Формула изобретения

1. Вращающееся соединение, содержащее вращающиеся и неподвижные диэлектрические кольца, установленные с зазором, на соответствующие поверхности которых нанесены заземленные проводящие пластины и кольцевые полосковые линии, снабженные радиальными вводами, системы возбуждения с равноамплитудным и синфазным делением и трансформацией волновых сопротивлений, отличающееся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов при создании многоканальных устройств, кольцевые полосковые линии расположены по двум концентрическим дорожкам, образованным сопряженными дугами окружностей одинакового радиуса, центры которых смещены относительно общей оси вращения и выполнены в виде переплетенных неполных колец с изломами в местах перехода с одной концентрической дорожки на другую, причем изломы и радиальные вводы сгруппированы и размещены симметрично и равномерно.

2. Вращающееся соединение по п.1, отличающееся тем, что изломы делят неполные кольца полосковых линий на две части, электрическая длина которых составляет четверть длины волны.

3. Вращающееся соединение по п.1, отличающееся тем, что системы возбуждения выполнены в виде симметричных полосковых линий на вращающихся и неподвижных диэлектрических кольцах и соединены с входной и выходной коаксиальными линиями.

РИСУНКИ