Устройство перестройки частоты

 

Изобретение относится к области электроники сверхвысоких частот. Технический результат заключается в уменьшении массы и габаритов, а также повышении виброустойчивости и долговечности магнетрона. Для этого устройство содержит входной вал с эксцентрической частью, на которой установлен подшипник, имеющий наружное кольцо, механизм регулировки диапазона перестройки, шток, соединенный с элементом перестройки частоты, при этом механизм регулировки диапазона перестройки выполнен в виде эксцентрического кольца, жестко посаженного на наружное кольцо подшипника и снабженного элементом регулировки его азимутального положения. 1 ил.

Изобретение относится к области электроники сверхвысоких частот. Преимущественная область использования изобретения - малогабаритные перестраиваемые по частоте передатчики, в том числе эксплуатируемые в условиях повышенных механических воздействий.

Аналогами изобретения являются магнетроны с механической перестройкой частоты. Известны, например, магнетроны, у которых элемент, взаимодействующий с электромагнитным полем резонаторной системы и влияющий на частоту генерации (в частности, у коаксиального магнетрона - поршень в стабилизирующем резонаторе) укрепляется на подвижном штоке. Такой коаксиальный магнетрон описан в книге "Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями",- пер. с англ., изд. Иностр. литература, т. 2, с.119. Для перестройки частоты такого магнетрона необходим внешний приводной механизм, преобразующий, например, вращательное движение электродвигателя в поступательное движение штока. Применение внешнего приводного механизма создает трудности при использовании магнетронов в малогабаритной аппаратуре. Для малогабаритной аппаратуры предпочтительны магнетроны со встроенным приводным механизмом.

Прототипом изобретения и одновременно базовым объектом является коаксиальный перестраиваемый магнетрон, описанный в патенте США №3441795 от 29 апреля 1969 г., кл. 315-39.61.

Этот магнетрон имеет две основные части: генераторную секцию и механизм перестройки частоты (далее - механизм перестройки). Генераторная секция включает в себя анодную резонаторную систему, окруженную связанным с ней электродинамически стабилизирующим резонатором (далее - резонатором). В последнем находится поршень, который с помощью тяг и диска связан со штоком. Гибким элементом вакуумной оболочки магнетрона, обеспечивающим возможность перестройки, является сильфон. Для создания магнитного поля магнетрона служат полюсные наконечники и постоянный магнит. Источником электронов служит катодный узел. Связь магнетрона с высокочастотной нагрузкой осуществляется с помощью вывода энергии.

Механизм перестройки магнетрона по названному патенту включает в себя устройство для быстрой перестройки в относительно узком диапазоне частот, составляющем часть полного рабочего диапазона магнетрона, и устройство для медленной перестройки частоты во всем рабочем диапазоне магнетрона.

Устройство для быстрой перестройки включает в себя корпус и помещенный в нем эксцентриковый вал, одна часть которого эксцентрична относительно геометрической оси вращения вала. На эксцентрическую часть эксцентрикового вала посажены два подшипника. Наружные кольца подшипников охвачены общим хомутом, с которым жестко связан шток. При вращении эксцентрикового вала происходит возвратно-поступательное движение штока и поршня и соответствующая перестройка частоты.

Вращение эксцентрикового вала осуществляется электромотором, с эксцентриковым валом связан сельсин-датчик, вырабатывающий электрический сигнал, зависящий от углового положения эксцентрикового вала.

Устройство для медленной перестройки включает в себя червяк, связанный с червячным колесом, которое через резьбовую кинематическую пару связано с корпусом устройства для быстрой перестройки. При вращении червяка происходит замедленное поступательное движение устройства быстрой перестройки вместе с поршнем и соответствующая медленная перестройка частоты.

С корпусом устройства для быстрой перестройки частоты связан датчик положения, вырабатывающий электрический сигнал, зависящий от средней глубины погружения поршня в стабилизирующий резонатор и соответствующей средней частоты при быстрой перестройке.

Для устранения осевого люфта между штоком и корпусом механизма перестройки служит пружина.

Недостатком этой конструкции является значительная суммарная масса и габариты подвижных элементов устройства регулировки положения диапазона перестройки, что приводит к снижению виброустойчивости магнетрона. Другим недостатком является обусловленный жесткой связью между хомутом и штоком циклический изгиб штока, происходящий при вращении входного вала, что ограничивает долговечность магнетрона.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов, а также повышение виброустойчивости и долговечности магнетрона.

Для достижения цели в известном магнетроне (с эксцентриковым преобразователем вращательного движения входного вала в возвратно-поступательное движение органа перестройки частоты) устройство для регулировки положения диапазона перестройки частоты генерации, в отличие от прототипа, выполнено в виде эксцентрического кольца, посаженного с натягом на внешнее кольцо подшипника эксцентрической части входного вала.

Технических решений, содержащих сходные отличительные признаки, нами не обнаружено.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в качестве примера схематически изображено осевое сечение коаксиального перестраиваемого магнетрона.

Магнетрон состоит из двух основных частей: генераторной секции и механизма перестройки частоты генерации.

Генераторная секция включает в себя анодную резонаторную систему 1, окруженную электродинамически связанным с ней кольцевым стабилизирующим резонатором 2. В нем находится перестраивающий поршень 3, который с помощью тяг 4 и диска 5 жестко связан со штоком 6. Гибким элементом вакуумной оболочки магнетрона, обеспечивающим возможность осевого движения штока 6, является сильфон 7. Для предотвращения радиального смещения штока 6 служит направляющая втулка 8, покоящаяся на опорном кольце 9. Между дном кольцевого паза в направляющей втулке 8 и головкой штока 6 установлена в напряженном состоянии спиральная пружина сжатия 10.

Для создания магнитного поля в пространстве взаимодействия магнетрона служат постоянный магнит 11 и полюсные наконечники 12 и 13. Источником электронов служит катодный узел 14. Связь магнетрона с высокочастотной нагрузкой осуществляется с помощью волноводного вывода энергии (на чертеже не показан).

Механизм перестройки частоты генерации магнетрона включает в себя входной вал 15, средняя часть которого эксцентрична относительно соосных между собой концевых частей. Входной вал 15 может вращаться в шарикоподшипниках 16 и 17, установленных в корпусе механизма 18. На среднюю часть входного вала 15 посажен шарикоподшипник 19, на внешнее кольцо которого посажено с натягом эксцентрическое кольцо 20 с зубчатым венцом 21.

Магнетрон в процессе перестройки частоты генерации работает следующим образом. Для перестройки частоты вращают входной вал 15. При этом шток 6 вместе с диском 5, тягами 4 и поршнем 3 совершает возвратно-поступательное движение. Осевой люфт штока 6 устраняется усилием спиральной пружины сжатия 10.

В результате изменения положения поршня 3 в стабилизирующем резонаторе 2 изменяется частота генерации магнетрона. Ширина диапазона перестройки зависит от эксцентриситета средней части входного вала 15 относительно его концевых частей.

Для регулировки положения диапазона перестройки частоты вращают эксцентричное кольцо 20. При этом вследствие переменной радиальной толщины эксцентрического кольца 20 происходит осевое перемещение штока 6 и соответствующее смещение диапазона частот генерации магнетрона. Максимальная величина этого смещения зависит от разницы между максимальной и минимальной толщинами эксцентричного кольца 20. Для облегчения выполнения операции регулировки эксцентричное кольцо 20 выполняют с зубчатым венцом 21; в процессе регулировки используют инструмент в виде ключа с зубцами, входящими в зацепление с зубчатым венцом 21.

Преимущества предлагаемого магнетрона по сравнению с прототипом:

- служащее для регулировки положения диапазона перестройки эксцентрическое кольцо имеет массу и размеры значительно меньшие, чем используемое в прототипе для той же цели червячно-винтовое устройство; соответственно, при эксплуатации в условиях вибрации уменьшаются по сравнению с прототипом динамические нагрузки на механизм перестройки частоты и магнетрон в целом; это обеспечивает повышение виброустойчивости магнетрона;

- вследствие более простой конструкции предлагаемый магнетрон имеет меньшую стоимость;

- так как между штоком и эксцентрическим кольцом отсутствует жесткая связь, изгиба штока при перестройке частоты не происходит; это снимает присущее прототипу ограничение долговечности (надежности) по усталости материала штока.

Предлагаемый магнетрон может использоваться в малогабаритных передатчиках, работающих в условиях жестких механических воздействий, например в бортовой аппаратуре летательных аппаратов.

Формула изобретения

Устройство перестройки частоты магнетрона, содержащее входной вал с эксцентрической частью, на которой установлен подшипник, имеющий наружное кольцо, механизм регулировки диапазона перестройки, шток, соединенный с элементом перестройки частоты, отличающееся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных характеристик, повышения вибростойкости и надежности, механизм регулировки диапазона перестройки выполнен в виде эксцентрического кольца, жестко посаженного на наружное кольцо подшипника и снабженного элементом регулировки его азимутального положения.

РИСУНКИ