Вращающийся высокочастотный соединитель

(51) 01 39/00 (2006.01) 01 11/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ неподвижной части, выполнен в контактирующей части в виде расширяющейся усеченной конусообразной втулки с цилиндрическим выступом, который входит в цилиндрический паз,размещенный на внутреннем проводнике подвижной части, в контактирующей части,выполненном в виде расширяющейся усеченной конусообразной втулки, а в качестве изолятора применен фторопласт. Металлический стакан неподвижной части также снабжен подпружиненными контактами, выполненными в виде лепестков, которые полностью охватывают подвижную часть корпуса по окружности изнутри. Подпружинивание скользящих лепестковых контактов обеспечивается формой изгиба контактов и упругостью материала. Кроме того, подвижная и вращающаяся части выполнены так, что легко скользят относительно друг друга, и в зависимости от подключения неподвижная часть вращающегося высокочастотного соединения может быть подвижной, а неподвижная - вращающейся. Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в обеспечении передачи без искажений, как маломощного, так и мощного высокочастотного сигналов, при достаточно простой конструкции. А также в существенном расширении функциональности и надежности устройства,значительном уменьшение потребляемой энергии и повышении эффективности использования.(72) Белоусов Николай Николаевич Вязигин Виталий Юрьевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Специальное конструкторскотехнологическое бюро Гранит(56) Климченко В.И. Вооружение радиотехнических подразделений и частей войск ПВО. Радиолокационная станция 5 Н 84 А. - Харьков ХВУ, 2001, с.67-68(57) Полезная модель относится к вращающимся высокочастотным соединениям, и может быть применена для обеспечения высокочастотной передачи информации при свободном круговом вращении антенн или фидерных соединений вокруг одной оси. Предложенный вращающийся высокочастотный соединитель, содержит подключенную к антенному фидеру подвижную часть,состоящую из металлического стакана и изолятора с внутренним проводником и неподвижную часть, состоящую из металлического стакана, изолятора и внутреннего проводника, при этом внутренний проводник подвижной части, снабженный скользящими контактами в виде подпружиненных лепестков,охватывающих снаружи внутренний проводник Полезная модель относится к вращающимся высокочастотным соединениям или токосъемникам,и может быть применена для обеспечения высокочастотной передачи информации при свободном круговом вращении антенн или фидерных соединений вокруг одной оси. Из уровня техники известно вращающееся контактное устройство (Свидетельствона полезную модель, 41194, кл. 01 39/18, 2004),содержащее два блока контактных колец,расположенных соосно с помощью подшипников. Между блоками контактных колец находятся промежуточные кольца, осуществляющие контакт между кольцами блоков. Для осуществления надежного контакта между контактными и промежуточным кольцами диаметр промежуточного кольца выполнен больше, чем разница радиусов контактных поверхностей внутреннего и наружного колец. Форма контактных поверхностей колец блоков и промежуточных колец выбирается из условия необходимости удержания промежуточного кольца в рабочем положении и обеспечения оптимальной поверхности контакта. Количество промежуточных колец,осуществляющих контакт между парой контактных колец, может быть увеличено до 2 и более. Однако данная модель предназначена для передачи без искажения слабых аналоговых и импульсных сигналов. При передаче высокочастотных сигналов, за счет неоднородности формы поверхностей,возникают искажения сигнала,вызванные отражениями между контактными кольцами и корпусом токосъемника,так как токоведущие кольца имеет сравнительно большой габарит в радиальном направлении. Известно также токосъмное устройство для электрической связи вращающегося узла с корпусом(А.с.892544, кл. 01 39/28, 1981),содержащее концентрично расположенные жесткое и упругое токоведущие кольца и установленные между ними с напряжением жесткие токоведущие ролики. Недостатком данной модели является возможность передачи без искажения только слабых аналоговых и импульсных сигналов. При передачи высокочастотных сигналов, за счет неоднородности области распространения радиоволн, возникают искажения сигнала, вызванные отражениями между контактными кольцами, корпусом токосъемника и токоведущими роликами,расчет такого токосъемника с роликами вызывает большие затруднения, так как размеры и расстояния между проводником и внешней оболочкой напрямую связаны с длинной волны высокочастотного сигнала и любая неровность на поверхности вызывает резонансные отражения. Известное токосъмное устройство (А.с.502432, кл. 01 39/00, 1976), содержит консольно закрепленный на токопроводе подпружиненный контактодержатель со скользящим контактом,при этом контактодержатель выполнен, по крайней мере, из двух частей, одна из которых содержит скользящий 2 контакт и изолятор, части соединены гибким токопроводящим элементом, например, пакетом мелкой фольги. Недостатками устройства являются возможность применения только для передачи низкочастотных аналоговых и импульсных сигналов, так как передача сигнала осуществляется частным контактированием и не обеспечивается полное экранирование сигнала. Кроме того, при большом токе и от малой площадки контакта происходит нагрев деталей устройства,что является нежелательным. Кроме того,известно высокочастотное вращающееся соединение (А.с.432621, кл. 01 11/00, 01 39/00, 1975), включающее подводящий коаксиальный кабель, соединенный с внутренним контактным кольцом, токосъемник,выполненный в виде подпружиненного охватывающего контактного кольца, размещенного в экране, полость которого заполнена диэлектриком и электрически соединенного с выходным штепсельным разъемом,установленном на подвижном корпусе. Устройство предназначено для обеспечения свободного кругового вращения антенн или нескольких фидерных соединений вокруг одной оси. К недостаткам этого устройства относится то,что оно не обеспечивает прохождение достаточно мощных высокочастотных сигналов, что привело бы к неизбежному увеличению габаритов упругого кольца и пружины, в результате при расчетах по формулам формами данных элементов невозможно пренебречь и расчеты становится сложным, кроме того,устройство имеет весьма сложную конструкцию. Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности признаков аналогом является высокочастотный токосъмник(Климченко В. И. Вооружение радиотехнических подразделений и частей ПВО. Радиолокационная станция 5 Н 84 А. - Харьков ХВУ, 2001. с.67-68.),который представляет собой коаксиальновращающееся сочленение и состоит из двух частей подвижной и неподвижной. Подвижная часть токосъмника с подключенным к ней антенным фидером вращается вместе с антенной, скользя по контактам неподвижной части, к которой подключается линейный фидер. Каждая часть высокочастотного токосъемника состоит из металлического стакана, образующего наружный провод коаксиальной линии и ребристого изолятора из полиэтилена с корпусом внутреннего провода. Применение ребристого изолятора позволяет увеличить электрическую прочность токосъемника и уменьшить отражение высокочастотной энергии от мест подключения антенного и линейного фидеров. При сочленении подвижной части токосъемника с неподвижной левый корпус с изолятором (стакан) вращается внутри правого корпуса со скользящими контактами внутреннего провода, а стакан наружного провода (корпусной стакан) вращается по скользящим контактам стакана со скользящими контактами наружного провода, 1333 при этом скользящие контакты выполнены в виде щеток. Центрирование сочленения неподвижной части токосъемника с подвижной осуществляется с помощью корпусных фланцев и фиксатора. Недостатками наиболее близкого аналога являются применение в качестве изолятора полиэтилена,что приводит к малому времени наработки на отказ исполнение на импеданс 35 Ом, что сокращает применяемость данного изделия только в специфической области в устройстве установлены специфические разъемы старого образца не применяемые в других областях скользящие контакты выполнены в виде прямых щеток,при этом качество прилегания обеспечивается только за счет упругости металла. Таким образом, все известные устройства имеют ограниченную область применения и сложную конструкцию. Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание высокочастотного вращающегося соединителя,который мог бы преодолеть указанные выше недостатки существующих аналогов, и обеспечить передачу без искажений мощного высокочастотного сигнала от неподвижной части к вращающейся,достаточно простой конструкции, надежного и технологичного. Достигнутый полезной моделью технический результат заключается в обеспечении передачи без искажений, как маломощного высокочастотного сигнала, так и мощного высокочастотного сигнала от подвижной части к неподвижной и наоборот, при достаточно простой конструкции и несложных расчетах. А также в существенном расширении функциональности и надежности устройства,значительном уменьшение потребляемой энергии и повышении эффективности использования. Указанный технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что в устройстве, включающем подвижную часть с подключенным к ней антенным фидером,состоящую из металлического стакана,образующего наружный провод коаксиальной линии, ребристого изолятора и внутреннего проводника со скользящими контактами, и неподвижную часть, состоящую из металлического стакана со скользящими контактами, ребристого изолятора и внутреннего проводника, согласно предложенной полезной модели подвижная часть внутреннего проводника снабжена скользящими подпружиненными контактами в виде лепестков,охватывающими снаружи неподвижную часть внутреннего проводника, и соединенного с коаксиальным кабелем антенного фидера через фланцевый разъем. Кроме того, согласно полезной модели указанный результат достигается тем, что неподвижная часть корпуса также снабжена подпружиненными контактами, выполненными в виде лепестков, которые полностью охватывают подвижную часть корпуса по окружности изнутри, при этом внутренний проводник неподвижной части выполнен в виде расширяющейся конусообразной втулки с цилиндрическим пазом, в которую входит цилиндрический внутренний проводник,расположенный на подвижной части, снабженной подпружиненными контактами, выполненными в виде лепестков, которые полностью охватывают внутренний проводник неподвижной части по окружности снаружи. Металлический стакан неподвижной части со скользящими контактами и металлический стакан подвижной части образуют корпус вращающегося высокочастотного соединителя. Технический результат достигается также тем,что пространство между корпусом и внутренним проводником, как подвижной, так и неподвижной частей заполнено диэлектриком, выполненном из фторопласта а подпружинивание скользящих контактов осуществляется не дополнительными элементами (пружинами), а формой изгиба контактов и упругостью материала. Указанный технический результат достигается также тем, что для соединения высокочастотного вращающегося соединения с линейным и антенным фидерами применяются фланцевые разъмы,например,7/8, что позволяет свести к минимуму потери в местах соединения с токосъемником, так как коаксиальные кабели закрепляются непосредственно в разъем, при этом позволяя свободно заменять вышедшие из строя кабели, не производя сложных разборок и паек в самом токосъемнике. Технический результат достигается также тем,что неподвижная и вращающаяся части легко скользят относительно друг друга и, в зависимости от подключения, неподвижная часть вращающегося высокочастотного соединения может быть неподвижной, а неподвижная - вращающейся. Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена конструкция высокочастотного вращающегося соединения. В представленном исполнении вращающийся высокочастотный соединитель (фиг.1) содержит подвижную часть с подключенным к ней антенным фидером, состоящую из металлического стакана 1,образующего экран коаксиальной линии, ребристого изолятора 2 и внутреннего проводника 3,оснащенного скользящими контактами 4 и неподвижную часть, состоящую из металлического стакана 5 со скользящими контактами 6,образующего экран коаксиальной линии, ребристого изолятора 7 и внутреннего проводника 8, при этом скользящие контакты 4 и 6 выполнены в виде подпружиненных лепестков, для соединения контактной системы и токосъемника применяются фланцевые разъмы 9, а в качестве диэлектрика использован фторопласт, кроме того, неподвижная и вращающаяся части изготовлены так, что легко скользят относительно друг друга и в зависимости от подключения неподвижная часть вращающегося высокочастотного соединения может быть неподвижной, а неподвижная - вращающейся. Вращающийся высокочастотный соединитель работает следующим образом. Высокочастотный сигнал поступает по коаксиальному кабелю антенного фидера через фланцевый разъм 9, на внутренний проводник 3 подвижной части. Съем ВЧ-сигнала происходит через плотно прилегающие скользящие контакты 4 с подпружиненными лепестками и без потерь передается на внутренний проводник 8 неподвижной части. Далее высокочастотный сигнал поступает на второй фланцевый разъм 9 и коаксиальный кабель в линейный фидер. Корпус вращающегося высокочастотного соединителя,состоящий из металлического стакана 5 неподвижной части, соединенного с металлическим стаканом 1 подвижной части посредством скользящих контактов 6 с подпружиненными лепестками, образует единый внешний экран, как на высокочастотном кабеле. Благодаря размещенным по всему радиусу подпружиненным лепесткам на скользящих контактах 4 и 6, при вращении двух частей токосъемника относительно друг друга на 360 градусов, образуется хороший равномерный электрический контакт при любом угле поворота,что в свою очередь не вызывает искрения, в местах разрыва вращающейся и не вращающейся частей, и,как следствие, искажения сигнала при вращении. Фторопластовые ребристые изоляторы 2 и 7 не допускают возникновения пробоев между внутренним проводниками и экраном. Расстояние между центральным проводником и корпусом, выполняющим роль экрана, установлено пропорционально длине волны высокочастотного сигнала. Простыми расчетами оно выбирается таким, чтобы на заданной частоте исключить искажение и ослабление сигнала. Передача высокочастотного сигнала от подвижной части внутреннего проводника к неподвижной части возможна без жесткого контакта обоих с небольшими зазорами. Сравнительный анализ с ближайшим аналогом показал, что заявленное техническое решение отличается наличием непосредственного контакта между внутренними проводниками и экранами вращающейся и неподвижной частями, которое приводит к тому, что протекание токов происходит через все контакты одновременно, что не требует их значительного увеличения для передачи больших токов. Конструктивное исполнение внутреннего и внешнего проводников рассчитано на импеданс 50 Ом, наиболее применимый в разных областях,при этом коэффициент стоячей волны (КСВ) в заданном диапазоне не превышает 1,05. Изменяя размеры внутреннего проводника и корпуса для определенной длинны волны, можно согласовать токосъемник с высокочастотной линией, в которой он установлен, тем самым максимально исключить потери при прохождении сигнала заданной частоты, как при соединении с вращением, так и при соединении без вращения. При этом расчет размеров внутреннего проводника и корпуса производится несложными формулами. 4 Использование подпружиненных контактов в виде лепестков позволяет свести к минимуму искажения сигнала, вызванные искрением и краевыми эффектами в местах разрывов,необходимых для свободного скольжения вращающейся и неподвижной частей, при этом размеры лепестков контактов не имеют большого значения, так как располагаются по всей поверхности внутреннего проводника и корпуса. Применение фланцевого разъма, например,7/8 позволяет свести к минимуму потери в местах соединения с токосъемником, так как коаксиальные кабели закрепляются непосредственно в разъем, при этом позволяя свободно заменять вышедшие из строя кабели, не производя сложных разборок и паек в самом токосъемнике. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Вращающийся высокочастотный соединитель,содержащий подвижную часть с подключенным к ней антенным фидером,состоящую из металлического стакана и изолятора с внутренним проводником оснащенного скользящими контактами и неподвижную часть, состоящую из металлического стакана со скользящими контактами, образующего вместе с металлическим стаканом подвижной части экран коаксиальной линии, изолятора и внутреннего проводника,отличающийся тем, что внутренний проводник подвижной части снабжен скользящими контактами в виде подпружиненных лепестков, охватывающих снаружи внутренний проводник неподвижной части,выполнен в контактирующей части в виде расширяющейся усеченной конусообразной втулки с цилиндрическим выступом, который входит в цилиндрический паз, размещенный на внутреннем проводнике подвижной части, в контактирующей части, выполненном в виде расширяющейся усеченной конусообразной втулки, при этом пространство между металлическим стаканом и внутренним проводником, как подвижной, так и неподвижной частей заполнено диэлектриком,выполненном из фторопласта. 2. Вращающийся высокочастотный соединитель по п.1, отличающийся тем, что внутренние проводники подвижной и неподвижной частей заключены в соответственно металлические стаканы, исполняющие роль экрана, при этом стакан неподвижной части также снабжен подпружиненными контактами, выполненными в виде лепестков, которые полностью охватывают подвижную часть корпуса по окружности изнутри. 3. Вращающийся высокочастотный соединитель по п.п.1,2,отличающийся тем,что подпружинивание скользящих лепестковых контактов обеспечивается не дополнительными элементами (пружинами), а формой изгиба контактов и упругостью материала. 4. Вращающийся высокочастотный соединитель по п.1, отличающийся тем, что подвижная и вращающаяся части выполнены так, что легко скользят относительно друг друга и в зависимости от подключения неподвижная часть вращающегося высокочастотного соединения может быть