книги из ГПНТБ / Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие

Далее следует шлифование и полировка внутренней поверхности головкой, показанной на рис. 1.53.

Для изготовления волноводов из чередующихся ме­ таллических и диэлектрических колец, а также спираль­ ных волноводов применяется фотохимический метод. В этом случае используется диэлектрическая трубка с ме­ таллизированной внутренней поверхностью. Металлиза­ цию осуществляют химическим меднением с последую­ щим увеличением толщины медного осадка гальваниче­ ским путем (см. § 5.1). Поверхность этого осадка покры­ вают светочувствительной эмульсией, по составу анало­ гичной эмульсии, используемой при производстве печат­ ных схем. Сушка эмульсии ведется при непрерывном вра­ щении заготовки вокруг оси, что позволяет получить равномерный слой эмульсии. Затем в полость волновода вводят стеклянную трубку-модель. На ее прозрачной по­ верхности нанесено изображение колец или спирали. Трубка-модель подсвечивается изнутри. После экспони­ рования, проявления и травления в хлорном железе на внутренней поверхности диэлектрической трубки образу­ ется требуемый металлизированный рисунок. Точность при этом методе в пределах 5—6-го класса. Себестои­ мость таких волновых фильтров на 30—35% ниже, чем сборных фильтров.

§ 3.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ОСЛАБИТЕЛЕЙ

Плавно-переменные ослабители поляризационного типа необходимы при различных измерениях на СВЧ. Их основные особенности следующие:

величина вводимого ослабления не зависит от часто­ ты и может быть рассчитана по угловому повороту вра­ щающейся секции ослабителя;

ослабление мощности до очень больших величин не зависит от удельного поверхностного сопротивления по­ глощающих пластин;

ослабитель не вносит фазового сдвига в волну, про­ ходящую через него;

погрешность установления ослабления относительно начального очень мала и обычно не превышает 2—3% от величины вводимого ослабления;

200

ослабитель можно легко выполнить со шкалой прямоотсчетной по величине ослабления.

Изготовление ослабителей поляризационного типа, предназначенных для работы в сантиметровом диапазо­ не, не вызывает технологических трудностей. При пере­ ходе к коротким волнам миллиметрового диапазона в связи с очень малыми внутренними размерами исполь­ зуемых волноводов изготовление этого ослабителя услож­ няется: во-первых, трудно изготовить волноводные сек-

Рнс. 3.20. Схематическое изображение поляризацион­ ного ослабителя:

/ — неподвижная секция; 2 — вращающаяся секция; 3 — поглощающие пластины

ции малого поперечного сечения и, во-вторых, размес­ тить поглощающие пластины в неподвижных и вращающейся секциях поляризованного ослабителя.

Известно, что для получения малой величины началь­ ного затухания и кривой ослабления, близкой к расчет­ ной, поглощающие пластины определенной длины с за­ данной величиной удельного поверхностного сопротив­ ления должны быть точно размещены в диаметральных плоскостях неподвижных и вращающейся секций осла­ бителя, как показано на рис. 3.20.

Если ослабитель выполняется с выходами на прямо­ угольный волновод, то неподвижные секции представ­ ляют собой переход от волновода круглого сечения на прямоугольный. Смещение пластин от диаметральной плоскости увеличивает начальное ослабление и погреш­ ность при установлении различных величин затухания.

Волноводные секции для поляризационных ослабите­ лей, работающих в сантиметровом диапазоне, изготов­ ляются из двух половин и поглощающие пластины за­ жимаются между ними (рис. 3.21). Неподвижные или переходные секции изготовляют также отдельно, а про­

201

получаются продольные пазы в стенках волноводных труб.

В волноводах очень малого поперечного сечения при­ менение секций сборной конструкции невозможно из-за больших потерь СВЧ мощности, а для получения пазов не удается точно изготовить протяжку с иглой, так как их размеры становятся слишком малыми.

Изготовление поляризационного ослабителя, пред­ назначенного для работы в миллиметровом диапазоне, состоит в следующем: вначале изготовляют керн с про­

центру. На керн надевается серебряная трубка и прокаты­ вается. В результате получается волноводная секция с пазами, точно лежащими в диаметральной плоскости волновода, в которые затем вставляются слюдяные пла­ стины. Точность размеров волноводной секции зависит от точности размеров керна. Для его изготовления ис­ пользуется пресс-форма, внутренняя поверхность которой представляет собой цилиндр (рис. 3.23) со впадинами, имеющими высоту (х ) продольных пазов, получаемых в волноводной секции. Пресс-форма изготовляется из ле­ гированной стали ХВ1. Сопрягаемые поверхности ее де­ талей шлифуются. Для обеспечения их взаимной фикса­ ции применяются штифты.

При изготовлении пресс-формы вначале обрабаты­ вается цилиндрическое отверстие, равное внутреннему

202

диаметру вращающейся секции ослабителя. Оно должно быть строго симметрично относительно плоскости разъ­ ема. Затем заготовка пресс-формы разъединяется на две половины, каждую из которых сошлифовывают на ве­ личину х/2, где х — толщина поглощающей пластины, т. е. высота паза волноводной секции.

Заготовку керна закладывают в полость пресс-фор­ мы и обжимают на прессе. Заготовка керна при этом принимает форму круглого отверстия пресс-формы, а за счет зазора по всей ее длине на цилиндрическом керне образуется продольный выступ. Керн можно изготавли­ вать из углеродистой стали (У8А).

Для получения продольных выступов диаметр заго­ товки керна берется несколько больше диаметра вра­ щающейся секции ослабителя. Излишки материала слу­ жат для образования продольных выступов на керне.

керне выступы, полученные после пресс-формы, обраба­

тываются по всей длине до получения необходимого размера.

Керн для изготовления деталей ослабителя в волно­ воде сечением 1,6 X 0,8 мм должен иметь выступ не бо­ лее 0,1 мм. В керне для изготовления неподвижных сек­ ций шлифовкой выполняются переходы от волновода

203

прямоугольного сечения на круглый, как показано на рис. 3.24. Затем проводится термическая обработка и окончательная доводка обоих кернов.

Для изготовления неподвижной и вращающейся сек­

слюда марки Ж, с толщиной примерно 30 мкм. С одной стороны она покрывается тонким слоем платины, вели­ чина поверхностного сопротивления такого слоя

204

300 ом/см2. Для уменьшения КСВН пластины слюды, вставленные в ослабитель, имеют скосы с двух сторон под углом 45°. Для отсчета ослабления ослабитель имеет прямоотсчетную шкалу.

Аналогично можно изготовить ферритовые вентили, основанные на эффекте Фарадея, и эталонные нагрузки

щих ферриты, заключается в установке в волноводный корпус ферритовых вкладышей и креплении на нем по­ стоянных магнитов. Ферритовые вкладыши устанавлива­ ют в канал волновода двумя способами: а) с помощью диэлектрической (фторопластовой, пенопластовой) ар­ матуры; б) прикрепляют непосредственно к стенке вол­ новода.

Первый способ сводится к изготовлению деталей ар­

ферритовых вкладышей к стенкам волновода. При выбо­ ре клеев надо учитывать следующие требования:

1) соединение не должно существенно увеличивать потери СВЧ энергии в устройстве;

2)соединение должно сохранять механическую проч­ ность при крайних рабочих температурах;

3)температурный коэффициент линейного расшире­ ния клея не должен существенно отличаться от ТКЛР материала стенок волновода;

4)клей должен иметь незначительную усадку;

5)желательно применять технологичные клеи, не требующие для получения качественных клеевых швов высоких температур и давлений.

При вклеивании ферритовых вкладышей необходимо обеспечить контролируемое и равномерное давление на феррит. При недостаточных давлениях клеевые швы по­ лучаются толстые, с пониженной теплопроводностью, несплошные.

При завышении давления могут возникнуть внутрен­ ние напряжения. Неравномерность давления на раз­

205

личных участках ферритового вкладыша ведет к его перекосу и смещению.

Постоянное и равномерное давление обеспечивается специальным пневматическим приспособлением.

Приспособление состоит из элластичпого баллона, со­ единенного с магистралью сжатого воздуха через редук­ тор. Баллон устанавливается в базирующую кассету, в одной из стенок которой имеются окна для постанов­ ки ферритовых вкладышей. На поверхность ферритовых вкладышей наносится слой клея, кассета вдвигается в волновод и фиксируется в его фланце. После установки кассеты в баллоне создается повышенное давление. Вкладыши прижимаются к поверхности волновода. Уси­ лие прижима остается неизменным в процессе склеива­ ния. Приспособление обеспечивает высокую точность по­ становки ферритовых вкладышей в полости волновода. Во избежание прилипания к волноводу и ферритовым пластинам поверхность кассеты покрывается фтороплас­ товым лаком.

Большое значение имеет способ нанесения клея на пластины. При слишком тонком слое шов получается неоднородным, содержит газовые включения. Излишек при толстом слое клея вытекает на поверхность волно­ вода, затрудняя извлечение приспособления, вызывая рост потерь и уменьшение электропрочности. Поэтому необходима строгая дозировка клея.

Для крепления ферритов к стенкам волноводов кроме приклеивания используется пайка. Непосредственная пайка феррита с металлом невозможна. Поэтому поверх­ ность феррита вначале металлизируют.' Наиболее широ­ ко применяется металлизация поверхности феррита вжиганием. При этом на поверхность феррита наносится паста, содержащая химические соединения серебра (AgC03 или Ag20 ), легкоплавкое неорганическое стек­ ло и органическую связку. Процесс вжигания серебра основан на том, что при нагревании серебро восстанав­ ливается до металла и прочно сцепляется с поверхностью феррита легкоплавким стеклом (плавнем).

206

жепия (выгорания) органической связки. Выдержка не­ обходима для того, чтобы избежать бурного газоотделения при выгорании связки и сохранить целостность слоя пасты. Во второй стадии при 350—500° С проис­ ходит восстановление серебра.

После десятиминутной выдержки температура печи повышается. При этом расплавляется вначале борат свинца, а затем окись 'висмута, входящие в плавень. Образуется коллоидное соединение металлического се­ ребра с плавнем, имеющее температуру плавления ниже

850° С температуру поднимать нельзя, так как плавень вместе с серебром начинает испаряться, расплавленное серебро стягивается в капли за счет поверхностного на­ тяжения и слой металлизации разрушается.

Сцепление достигается за счет проникновения метал­ ла в поры феррита.

Однократное вжигание дает слой металла толщиной в 5 мкм, которую можно увеличить до 20 мкм повтор­ ным вжиганием. Прочность такого слоя на отрыв дости­ гает 30—35 кГ/см2. Толщину слоя серебра увеличивают и электролитическим путем.

Пайка ферритовых вкладышей с металлизированной поверхностью к стенке волновода ведется с использова­ нием фиксирующих оправок, прижимающих феррит к стенке волновода. При этом, чтобы избежать появления внутренних напряжений в феррите, желателен равно­ мерный нагрев всей сборки до температуры пайки и по­ степенное ее остывание.

Большое число волноводных устройств содержат ферриты, работающие в постоянном магнитном поле, которое создается постоянными магнитами, закреплен­ ными на волноводе. Магниты приклеивают к стенке вол­ новода.

К склеивающим веществам предъявляются следую­ щие требования:

1)высокая прочность клеевого соединения;

2)способность сохранять прочность в заданном

ментов. Для приклеивания магнитов хорошие результа­ ты дает следующий состав, вес. ч.:

207

Глава 4

КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ УСТРОЙСТВ

§4.1. КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Контроль геометрических размеров волноводных устройств ведется как в процессе производства, так и во время выпуска. Результаты контроля используются для корректирования и стабилизации технологического процесса изготовления с тем, чтобы обеспечить требу­ емые электрические параметры, зависящие от геомет­ рических размеров волноводного устройства.

Контроль этих размеров состоит в следующем: а) контроль геометрических параметров канала волновода; б) контроль положения контактной поверхности волноводного фланца относительно оси волновода; в) конт­ роль взаимного расположения фланцев волноводного устройства; г) контроль габаритов волноводного устрой­ ства.

Для контроля г е о м е т р и ч е с к и х размеров волноводных устройств используются: а) калибры; б) индук­ ционные датчики; в) воздушные калибры; г) индикатор­ ные нутромеры; д) автоколлиматоры; е) шаблоны и макеты.

Наиболее распространен контроль геометрических размеров с использованием проходных и непроходных калибров. Однако он не дает сведений о действительной геометрии канала волновода, а убеждает лишь в том, что его размеры лежат в определенных пределах. Кроме того, его применение затруднительно при контроле вол­ новодов большой протяженности.

Рассмотрим способ контроля прямоугольных волно­ водов с использованием индуктивного датчика (рис. 4.1),

209