СВЕРХМАЛОГАБАРИТНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ МОДУЛИ ДЛЯ КВЧ ТЕРАПИИ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

January 28, 2013 by admin Комментировать »

Яцуненко А. Г., Джевинский В. П., Винтман 3. Л. Институт технической механики (ИТМ) НАН и НКА Украины ул. Ляшко-Попеля, 15, г. Днепропетровск, 49005, Украина тел.: 056 – 7135341, e-mail: anatoly@ramed.dp.ua Покатаев В. Н.

Государственное конструкторское бюро «Южное» ГКБЮ г. Днепропетровск, Украина тел.: +38 (0562) 384792, e-mail: info@yuzhnoye.com

Аннотация – Представлены оригинальные конструкторские и технологические решения, позволившие создать миниатюрные сверхмалогабаритные генераторные модули (ГМ) для КВЧ терапии. Показаны технологические возможности гальванопластического изготавления и монтажа ква- зимонолитных волноводных устройств без стыковочных соединений. Показана возможность гальванопластического сращивания различных материалов, а также вращивания в волноводные конструктивы соответствующих изделий.

I.                                       Введение

Основными требованиями, предъявляемыми к волноведущим системам, по прежнему остаются высокая точность и повторяемость внутренних размеров (каналов), а также чистота их обработки. Так, допуски на размеры каналов волноводов миллиметрового диапазона составляют от 0,005 до 0,01 мм. Удовлетворение таких жестких требований при выполнении волноводных каналов традиционными методами формообразования (точное литье, механическая обработка, протяжка) связано со значительными трудозатратами и сложностями, особенно, на изогнутых, скрученных участках, а также участках переменного сечения.

Кроме всего прочего, металлический волновод обладает большой массой.

Обеспечение требуемой прочности при изготовлении и эксплуатации волноводных изделий налагает ощутимые ограничения на толщину стенок волноводов, что, в свою очередь, ограничивает возможности облегчения и миниатюризации конструкций.

Для уменьшения электрических потерь внутренняя поверхность волновода должна иметь минимально возможную шероховатость и мелкозернистую структуру, хорошую электропроводность и коррозийную стойкость.

Немаловажное значение имеет также экономический фактор, т. е. себестоимость, которая остается весьма высокой из-за значительных затрат, связанных со сложностью изготовления, энергопотреблением производства, расходом цветных и драгоценных металлов.

Актуальность создания недорогих устройств КВЧ- диапазона со значительно улучшенными массогабаритными характеристиками, в свете вышесказанного, не вызывает сомнений.

II.                              Основная часть

Разработка аппаратуры, элементов и систем СВЧ – и КВЧ -диапазонов связана с целым рядом характерных особенностей, определяемых, как конструктивными, так и физическими параметрами изделий, и может быть успешно осуществлена при условии выполнения специфических требований, предъявляемых к СВЧ и КВЧ устройствам, а именно:

–         они должны иметь высокую механическую прочность при минимальных габаритах, массе и стоимости при массовом изготовлении, технологичность, простоту изготовления, высокую надежность соединений отдельных узлов при условии удобства их сборки, разборки и обслуживания при эксплуатации;

–         применяемые металлы и покрытия должны обладать достаточной прочностью и коррозийной стойкостью;

–         применяемые материалы, способы и точность их обработки и степень чистоты токонесущих поверхностей должны обеспечивать высокую электрическую проводимость, что гарантирует наименьшие потери энергии в линиях передачи;

–         их конструктивное исполнение должно обеспечивать минимальное затухание энергии внутри линии передачи на границе соединений при условии достаточно хорошего согласования и экранирования, гарантирующего отсутствие излучения энергии.

Применяемые в настоящее время традиционные коаксиальные, полосковые и волноводные линии передачи при изготовлении СВЧ- и КВЧ- устройств, уже не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к многофункциональным системам. Они требуют значительных затрат времени и средств при их изготовлении, очень часто громоздки и сложны в эксплуатации.

Альтернативой существующим конструктивным и технологическим принципам разработки и изготовления СВЧ- и КВЧ- устройств может быть принципиально новая волноводно-интегральная технология, базирующаяся на основе многослойной гальванопластики с элементами гальванопластического монтажа.

В ИТМ такая технология разработана, в частности, для изготовления сверхмалогабаритных генераторных модулей (и других изделий) методом многослойной гальванопластики и гальванопластического монтажа, с использованием матриц многоразового использования, что снижает стоимость изделий и позволяет получать модули с идентичными характеристиками. Кроме того, имеется возможность осаждать несколько слоев металлов (например, основной слой из меди или серебра и несущий слой из никеля или электролитического инвара). Такой подход позволяет получать элементы и узлы генераторных модулей (например, стабилизирующего резонатора) с наперед заданным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, предложенная технология многослойной гальванопластики позволяет изготавливать многофункциональные устройства без традиционных стыковочных узлов, причем, активный элемент может вращиваться в генератор как элемент конструкции. Это фактически позволяет изготавливать генераторные модули в вол- новодно-интегральном исполнении.

Предложенная технология безотходная, она дает значительную экономию дефицитных материалов, обеспечивает получение монолитных, достаточно прочных изделий, выполненных с высокой точностью при практически нулевой шероховатости внутренних поверхностей, обладающих хорошей электропроводимостью и высокой коррозийной стойкостью.

Многослойное электроосаждение металлов позволяет изготавливать СВЧ- и КВЧ-устройства с любыми, наперед заданными электрическими и теплофизическими характеристиками.

Технология многослойной гальванопластики с элементами гальванопластического монтажа, обладая уникальными возможностями, позволяет:

–         изготавливать устройства любой сложности путем электрохимического сращивания отдельных деталей и узлов, входящих в состав изделий;

–         вращивать в металлический слой металлические и неметаллические детали и узлы заданной конфигурации;

–         регулировать толщину слоя электролитически осажденного металла на любом участке линии передачи.

Все это позволяет получать ГМ с улучшенными массогабаритными и прочностными показателями, которые могут найти применение как в бортовых телекоммуникационных системах различного назначения так и в медицинских комплексах, использующих электромагнитные волны КВЧ-диапазона.

Главное преимущество предложенной технологии состоит в значительном снижении стоимости, массо- габаритных характеристик и в возможности изготовления идентичных монолитных волноводноинтегральных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов.

Ha рисунке 2 показан ГМ в разрезе (в корпусе).

Рис. 1. Лечебно-диагностический аппарат РАМЕД ЭКСПЕРТ – 01 и миниатюрные излучатели для КВЧ терапии.

Fig. 1. Medical-diagnostic apparatus RAM ED EXPERT- 01 and miniature irradiators for millimeter-wave therapy

Гальванопластический монтаж предполагает разработку новых схемных и конструктивных решений и сборку элементов и узлов ГМ на матрице многоразового использования. С помощью этой технологии нами уже изготовлены образцы ГМ. В качестве примера можно привести миниатюрный генератор на 42,2 ГГц, который весит всего 8 граммов. Он применен в одном из лечебно-диагностических аппаратов- РАМЕД ЭКСПЕРТ – 01, который показан на рисунке 1(в центре). На этом же рисунке показаны и два других миниатюрных излучателя, примененные в аппаратах серии РАМЕД ЭКСПЕРТ, которые дополнительно содержат рупорные антенны и развязки.

Рис. 2. Конструкция генераторного модуля:

1-корпус; 2- винт подстроечный; 3- радиатор;

4- волновод; 5- кабель питания; 6- диод Ганна;

7- фильтр.

Fig. 2. Oscillator module design:

1            – housing; 2 – trimming screw; 3 – radiator;

4   – waveguide; 5 – power supply cable; 6 – Gunn diode;

7-filter

Кроме показанного ГМ, нами разработан и изготовлен и ряд других СВЧ- и КВЧ-устройств. В том числе ретрансляторы, приемопередающие модули, радиомаяки.

Результаты проведенной исследовательской и практической работы, в этом направлении, подтверждают, что изделия, изготовленные по предлагаемой технологии с применением матриц многоразового использования, не только обладают положительными качествами традиционных волноводных систем, но и по своим техническим, эксплуатационным и другим характеристикам, превосходят их, не имея при этом, присущих им недостатков.

III.                                  Заключение

Доказано, что эта технология позволяет повысить качество, надежность и технологичность изделий, снизить их стоимость, уменьшить их массу в 10- 100 раз, а габариты в 2-4 раза.

Приведенные выше аргументы объективно убеждают в том, что предлагаемая технология может быть успешно использована при изготовлении изделий определенного назначения в космической отрасли (ретрансляторы, приемопередающие модули, маяки и пр.), при изготовлении различных систем для связи и навигации, а также в определенных перспективных областях научной и практической медицины.

SUBMINIATURE OSCILLATOR MODULES FOR MILLIMETER-WAVE THERAPY AND TECHNOLOGY FOR THEIR MANUFACTURING

Yatsunenko A. G., Dzhevinsky V. P., Vintman Z. L.

Institute of Technical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine and the National Space Agency of Ukraine

15 Lyashko-РореГ St., Dnepropetrovsk, 49005, Ukraine Ph.:+38 (056) 7135341, e-mail: anatoly@ramed.dp.ua Pokataev V. N.

State Design Office «Yuzhnoye»

GKBYu, Dnepropetrovsk, Ukraine Ph.: +38 (0562) 384792, e-mail: info@yuzhnoye.com

Abstract – Presented in this paper is the unique design and engineering solutions, which have made it possible to create subminiature oscillator modules for millimeter-wave therapy. The feasibility of the electroforming-based manufacturing and assembly of quasimonolithic waveguide devices without butt joints is demonstrated.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты