2.5 Характеристика корпусов свч-блоков
Корпуса блоков МЭА предназначены для размещения и закрепления в них функциональных ячеек, межъячеечного монтажа, внешних разъёмов. В большинстве случаев корпус выполняет функцию защиты блока от внешних воздействий, т.е. является элементом герметизации. Форма корпусов чаще всего бывает прямоугольной. Для уменьшения массы изделия при изготовлении корпусов применяют относительно лёгкие конструкционные материалы.
При конструировании СВЧ-блоков необходимо учитывать специфику данного частотного диапазона. Приведём характерные требования к корпусу СВЧ-устройства:
·недопустимость возникновения паразитных связей и неоднородностей в линиях передачи;
·необходимость согласования элементов СВЧ-тракта;
·необходимость обеспечения теплового баланса при работе активных устройств с низким КПД;
·необходимость обеспечения электромагнитной совместимости радиоаппаратуры.
Следовательно, корпус СВЧ-блока должен обеспечивать:
·жесткое крепление подложек и фиксацию их относительного положения с высокой точностью;
·надёжное контактирование подложек между собой, а также с внешними цепями через разъёмы;
·стабильность электрических параметров подложек и компонентов течение длительного времени;
·эффективный теплоотвод от участков схемы, в которых рассеивается электромагнитная энергия;
·эффективное экранирование схемы от внешних электромагнитных излучений и подавление собственного излучения во внешнюю среду;
·достаточную развязку находящихся в одном и том же корпусе устройств;
·отсутствие волноводных резонансов в корпусе блока.
Кроме этого, хороший корпус должен быть прочным, технологичным, дешёвым, обеспечивать возможность настройки устройства и его ремонтопригодность. Существует несколько типовых конструкций корпусов для СВЧ полосковых схем: коробчатые, рамочные, пенальные, пластинчатые, испытательные и др.
Таблица 2.4 Изготовление корпусов СВЧ-блоков
|
Тип корпуса |
Способ изготовления |
Применяемые материалы |
|
Коробчатый (чашечный) |
литьё; штамповка; прессование; фрезерование |
латунь, алюминий; титан, латунь, алюминий; металлизированные пластмассы; латунь, медь, алюминий, титан |
|
Рамочный |
сборка (пайка); штамповка; прессование;
фрезерование |
латунь, медь; латунь, титан, ковар; металлизированные пластмассы, керамика; латунь, титан, алюминий |
|
Пенальный |
сборка (пайка);
штамповка; фрезерование |
алюминий, латунь, медь (волноводные трубы); ковар, титан, алюминий; латунь, алюминий |
|
Пластинчатый |
литьё; штамповка; прессование; фрезерование |
латунь, алюминий; латунь, алюминий; металлизированные пластмассы; латунь, алюминий |
Коробчатые, или чашечные, корпуса (рис. 2.2) легко фрезеруются, в связи с чем часто используются в экспериментальных устройствах. В серийном производстве изготовляются литьём и штамповкой, а также прессованием из пластмасс с последующей металлизацией. Платы крепятся в корпус либо механическим прижимом с помощью винтов или других элементов, либо пайкой экранированной стороны подложки ко дну коробки. Пайка ведётся непосредственно или через компенсирующие прокладки из металлической сетки, предназначенные для снижения напряжений, возникающих из-за разности КТР. Наличие четырёх боковых стенок позволяет удобно располагать коаксиально-полосковые переходы (КПП).
Герметизация осуществляется соединением коробки и крышки пайкой, механическим способом (с эластичными уплотнителями) или заливкой щелей компаундами (для пластмассовых корпусов).
Недостаток конструкции: сложность припайки платы ко дну коробки и, следовательно, смены платы при ремонте.
Б-Б
5 2
1 8 3 4
2
7
Б
Б
6
Рис. 2.2 Конструкция коробчатого корпуса СВЧ-блока
На рис. 2.2 показана конструкция коробчатого корпуса, герметизированного паяным швом. Обозначения на рисунке:
1–коробка (чашка), 2–крышка, 3–плата, 4–резиновая прокладка,
5–проволока, 6–газовая трубка, 7–КПП, 8– низкочастотный вход.
Рамочные корпуса (рис. 2.3) используются для схем на различных типах микрополосковых линий — несимметричных (НПЛ) и симметричных с воздушным заполнением (СПЛ), а также на компланарных и щелевых линиях. Конструкция позволяет осуществить одно- и двухъярусное расположение плат. Крепление платы осуществляется установкой на уступы вдоль стенок рамки или на выступы в её углах с последующей пайкой по периметру платы. На стенках корпуса удобно располагать фланцевые и соосные КПП.
Достоинствами рамочных корпусов является их технологичность и дешевизна, простота сборки, возможность расположения навесных элементов с обеих сторон платы, относительная легкость замены платы при ремонтных работах. Особенно выделяются простотой ремонта и смены плат корпуса из металлизированной пластмассы. В схемах на НПЛ можно производить подстройку и проверку до окончательной установки крышек.
Герметизация осуществляется аналогично коробчатым корпусам, иногда применяется установка крышек на эпоксидные компаунды.
Недостаток конструкции: большая (по сравнению с другими корпусами) протяженность швов, подлежащих герметизации.
На рис. 2.3 показана конструкция рамочного корпуса с одноярусным расположением плат, герметизированного паяным швом. Обозначения на рисунке:
1–рамка, 2–крышка, 3–плата, 4–резиновая прокладка, 5–проволока,
6–газовая трубка, 7–КПП, 8–низкочастотный вход.
Б-Б
8 1 3 4
7
5
2
Б Б
6
Рис. 2.3 Конструкция рамочного корпуса СВЧ-блока
Пенальные корпуса. Конструкция позволяет осуществить одно- и двухъярусное расположение плат. Плата предварительно устанавливается на специальное основание, а затем вдвигается в пенал (кожух). Основание крепится к пеналу пайкой, сваркой или механическим способом (на винтах). СВЧ-разъёмы устанавливаются на основание в процессе сборки. Корпуса удобны для серийного производства, в качестве пенала могут быть использованы стандартные волноводные трубы. Плата крепится к основанию пайкой по всей плоскости или по периметру (в зависимости от конструкции основания).
Герметизация корпуса осуществляется сваркой или пайкой швов в местах соединения пенала и основания и в местах установки переходов.
Достоинства конструкции: возможность предварительного контроля и подстройки схем на НПЛ перед установкой в пенал, уменьшенная длина шва, подлежащего герметизации.
Недостатки конструкции: возможность расположения СВЧ-переходов только на двух стенках корпуса, сложность ремонта, (для проведения работ требуется не только разгерметизация шва, но и полная разборка корпуса).
Пластинчатые корпуса применяются только для СПЛ. Существует несколько вариантов конструкции данного корпуса, которые отличаются в основном материалами, использующимися для создания пластин (обкладок). Между обкладками корпуса располагаются диэлектрические пластины, образующие СПЛ. В линии с воздушным диэлектриком (или в высокодобротной линии) обкладки корпуса являются заземленными поверхностями линии передач. Обкладки могут выполняться из металла или металлизированного диэлектрика. При необходимости устройство в пластинчатом корпусе может быть размещено в кожухе для создания дополнительной защиты от внешних воздействий.
Достоинство конструкции: простота (облегчается сборка и ремонт, упрощается серийный выпуск).
Недостатки конструкции: сложность герметизации (поэтому эта конструкция более предпочтительна для негерметизированных узлов), зависимость параметров узла от равномерности прижима плат.
Испытательные корпуса предназначены для быстрой сборки широкого спектра экспериментальных устройств. Применяются обычно при разработке схем на НПЛ. Позволяют производить проверку и отбраковку большого числа плат, не повреждая их.