Изготовление волноводов сложной конфигурации с закладными элементами

Типовой волноводный канал представляет собой медную или латунную трубку, калиброванную согласно ГОСТ 20900-75. Изготовление волноводов из готовых труб не является сложной операцией и, как правило, предполагает следующие действия:

  1. разметка необходимого участка трубы (длина волноводного канала)
  2. резка в размер
  3. механическая обработка концов канала под посадочные места фланцев
  4. пайка фланцев
  5. нанесение дополнительных покрытий
  6. настройка и монтаж по месту назначения

Определенные сложности в изготовлении волноводных каналов могут возникнуть в случаях, когда направление или конфигурация канала меняется – появляются дополнительные операции:

  1. Гибка или скрутка волноводной трубы – операция весьма сложная, поскольку требует дорогостоящего оборудования, специальных навыков и оснастки. Основные способы гибки волноводной трубы – использование высокоточного гибочного станка (есть ограничения на угол изгиба), который используется со специальной калибрующей внутренней оснасткой (вставляется внутрь волноводной трубы), либо применение станка с пошаговой надрезкой внешней поверхности трубы и одновременной гибкой (так же используется с внутренней оснасткой).
  2. Резка и пайка/сварка волноводной трубы до получения необходимой конфигурации. Данное направление наиболее распространено, по сравнению с первым, поскольку не требует дорогостоящего оборудования. Этот метод имеет ряд недостатков – поскольку конструкция получается сборной, то в ней имеются места стыковки, которые нарушают геометрию внутреннего канала (могут образовываться ступеньки, шероховатости, наплывы от пайки и сварки и др.), что приводит к потерям передаваемого сигнала.
  3. Сборные конструкции из двух частей. Как правило, волновод выполняют путем фрезерной обработки из двух заготовок. В каждой из заготовок фрезеруется половина канала, а затем, они соединяются в единую конструкцию с помощью винтов или пайки/сварки, в редких случаях - склеиваются между собой. К недостаткам этого метода можно отнести микродефекты рабочей поверхности, полученные от фрезы, а так же дефекты стыковки составных частей, как и в предыдущем пункте.

Если возникает необходимость внедрения дополнительных элементов в конструкцию волновода, то такая процедура, как правило, превращается в крайне сложную операцию, которая накладывает множество допущений на качество конечного изделия. 20160606 165121


В качестве примера можно рассмотреть установку делителя в волноводный канал. В простом исполнении делитель – пластина, разделяющая участок волноводного канала на две части. Для ее установки в волноводную трубу необходимо с особой точностью произвести сквозную фрезеровку канала, после чего удалить внутри канала дефекты поверхности вокруг получившегося отверстия. В подготовленное посадочное место под делитель вставляют пластину и обваривают (или пропаивают) ее по местам стыка с корпусом волновода. После проделанных операций необходимо произвести зачистку внутренней поверхности канала. Именно на данном этапе часто возникают технические сложности, в некоторых случаях непреодолимые. Сварка или пайка высокотемпературным припоем могут привести к локальным перегревам и деформациям волноводной трубы, образованию окалины и оксидных соединений на рабочих поверхностях канала. Вероятен также такой дефект как наплыв припоя или флюса на стенки канала или делитель. Если делитель малой толщины, он может быть деформирован при сильном нагреве. Удаление припоя или флюса, попавшего на внутреннюю поверхность волновода, очень проблематично, а иногда и вовсе невозможно. Геометрия канала при этом необратимо нарушается, что приводит к потерям при распространении электромагнитных волн по стенкам канала. Такие изделия с большой вероятностью не пройдут контроль качества и будут отбракованы.

При изготовлении волноводных каналов методом электролитического формования (гальванопластики), все описанные выше сложности нивелируются. Это связано с тем, что изготовление изделий происходит по моделям, которые формируют внутренний канал волновода. Внутренняя поверхность канала является точной копией внешней поверхности модели, что позволяет закладывать необходимые характеристики (чистота поверхности) в будущее изделие, а так же облегчает создание сложных волноводных каналов, поскольку внешняя обработка намного легче внутренней. Таким образом, если стоит задача получить уголковый волновод, то нет необходимости делать его сборным или паянным. Достаточно путем фрезерной обработки или электроэрозионной резки выполнить модель из алюминия нужной формы, произвести шлифовку поверхности до получения необходимого класса шероховатости и вырастить на поверхности модели слой металла, формирующий волновод. По завершению электроформования модель удаляется. На выходе получается цельнометаллическое изделие необходимой конфигурации с высокоточным внутренним каналом.  В полученном волноводе отсутствуют внутренние стыки, следы пайки, микродефекты от механического воздействия фрезы или резца.

волнвставка

 

При создании модели для будущего изделия в нее могут быть установлены дополнительные элементы, которые после электроформования конструкционного слоя металла станут его неотъемлемой частью без следов стыковки и сопутствующих дефектов.

Например, при изготовлении волноводов типа «тройник» в основную часть канала может быть установлено, так называемое, «Е-плечо» - дополнительный канал, перпендикулярный к основному. После процесса электроформования и удаления модели, на выходе получается «тройник», один из каналов которого будет монолитно состыкован с главным каналом. 
Конструкцию можно усложнить, если заложить в данный волновод делитель на один или несколько каналов. Эта задача так же решается при использовании метода электролитического формования. Для создания волновода с делителем необходимо заложить данный делитель непосредственно в модель в место его будущего расположения. Делается это путем создания на модели посадочного места под пластину-делитель, с последующей установкой пластины в посадочное место и осуществления электролитического формования. При этом пластина может быть изготовлена из разных материалов – как металлов, так и диэлектриков. В процессе электроформования делитель тановится единым целым с конструкционным металлом и после удаления модели остается в изделии, при этом не возникает дефектов, описанных ранее для случаев установки делителя иным способом.