Волноводные линии передачи - Материалы, конструкция и изготовление волноводов

МАТЕРИАЛЫ, КОНСТРУКЦИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВОЛНОВОДОВ
При выборе материалов для волноводов, работающих на высоких частотах, исходят, в первую очередь, из условия достижения минимального затухания. При больших длинах волн затухание волновода весьма мало, и выбор материала для волновода определяется обычно механическими требованиями
Выражение (2.43) показывает, что коэффициент затухания волновода меняется пропорционально квадратному корню из магнитной проницаемости и удельного сопротивления. Поэтому для волноводов следует применять, главным образом, немагнитные материалы с малым удельным сопротивлением, такие, как медь, алюминий, латунь, серебро. Для волноводов малых сечений применяется в основном латунь марки Л96, а больших сечений — медь марки М3.
Учитывая, что потери в волноводах происходят лишь в очень тонком слое на внутренней поверхности стенок и что материалы с малым удельным сопротивлением являются или дорогими, или недостаточно механически прочными, применяют посеребренные волноводы. В этом случае внутреннюю поверхности стального волновода покрывают вначале медью, а затем серебром.
Большое влияние на затухание волноводов на высоких частотах оказывает коррозия внутренних стенок. Окислы, образуемые на поверхности в процессе коррозии, имеют большое удельное сопротивление, что вызывает увеличение глубины проникновения тока в металл. Опыты показывают, что при достаточно большом времени пребывания на открытом воздухе коэффициент затухания в медных, латунных и посеребренных волноводах увеличивается на 15—20%. Шероховатая поверхность внутренних стенок волновода также увеличивает его. Установлено, что тщательная полировка поверхности волновода приводит к снижению коэффициента затухания на 15—20%.
На качество передачи по волноводу может оказать существенное влияние вода, если она проникнет внутрь волновода. Вода, имеющая высокую диэлектрическую проницаемость (порядка 80) и значительный коэффициент потерь, вызывает существенное увеличение коэффициента затухания.
В конструктивном отношении волноводы изготовляются или в виде цельнотянутых труб, или составными с одним-двумя продольными швами. Составные трубы пригодны только для сравнительно низких частот (ниже 2ГГц). При передаче более коротких волн следует применять только бесшовные трубы.
По технологическому признаку жесткие волноводы разделяют на две подгруппы: 1) изготовляемые из металлических труб; 2) изготовляемые способом электролитического осаждения материалов. Гибкие волноводы можно разделить на четыре подгруппы: а) собираемые из отдельных деталей; б) изготовляемые способом электролитического осаждения металлов; в) сворачиваемые из ленты; г) изготовляемые методом металлизации диэлектриков.
Изготовление волноводов из металлических труб не представляет особых трудностей. Однако требуется, чтобы используемые трубы были чистыми (без пленок, раковин, трещин, расслоений, забоин, вмятин, борозд и рисок). Трубы, используемые для изготовления волноводов, должны быть подвергнуты термической обработке для снятия внутренних напряжений.
Способ изготовления жестких и гибких волноводов электролитическим осаждением металла требует наличия моделей. Модели могут быть возвратимые и невозвратимые. Примером возвратимой модели может быть стекло. На стекло наносится слой серебра методом вакуумного испарения. Затем электролитическим способом наносится слой меди, на который повторно наносят слой серебра толщиной 10—20 мк в целях защиты меди от коррозии. После этого стеклянную модель вынимают, предварительно произведя подогрев в минеральном масле, и получают волновод с внутренней зеркальной поверхностью, что весьма важно для получения малого затухания.
Невозвратимые модели изготовляются из легкоплавких сплавов, например сплава, состоящего из 25% олова; 12,5% свинца; 50% висмута и 12,5% кадмия· (температура плавления порядка 70° С). На эту модель электролитическим спо собом наносятся необходимые металлы (например, серебро, медь), из которых. изготовляется волновод. После этого модель с осажденным на нее металлом подогревается (например, опускается в кипящую воду). В результате нагревания металл модели расплавляется и освобождает готовое изделие.
Гибкий волновод прямоугольного сечения может быть собран из отдельных деталей. Такой волновод состоит из вкладышей, соединенных диафрагмами. Вкладыши нарезаются на фрезерном станке из труб прямоугольного сечения. Поверхности вкладыша, на которых крепятся диафрагмы, обрабатываются на фрезерном станке. Диафрагмы штампуются из твердой листовой латуни.
Каждая диафрагма имеет две отбортовки — внутреннюю и наружную. Сборка волновода происходит в следующем порядке: на вкладышах точечной или шовной электросваркой укрепляются две диафрагмы — правая и левая. Собранные секции покрываются в электролитической ванне серебром, слой которого на внутренней поверхности вкладыша полируется до зеркального блеска. Для соединения звеньев используются отбортовки по внешнему периметру диафрагмы. Эта операция выполняется при помощи штампа. Применение отправки, на которую надеваются вкладыши во время сборки, обеспечивает постоянство оси собираемого волновода. За счет упругих свойств диафрагм собранный волновод может изгибаться во всех направлениях.
Волноводы, свернутые из ленты, характеризуются малой массой и большой гибкостью. Изгибание волновода в любую сторону осуществляется в силу наличия зазоров между краями ленты и огибающей части звена, а также зазоров между отдельными звеньями. Изготовление таких волноводов требует специального оборудования и большого количества инструмента.