Una brida de guía de ondas es un conector para unir secciones de guía de ondas y es esencialmente lo mismo que una brida de tubería; una guía de ondas , en el contexto de este artículo, es un conducto metálico hueco para energía de microondas . La cara de conexión de la brida es cuadrada, circular o (especialmente para guías de ondas rectangulares grandes [1] o de altura reducida), rectangular. La conexión entre un par de bridas se realiza generalmente con cuatro o más pernos , aunque se pueden usar mecanismos alternativos, como un collar roscado, cuando existe la necesidad de un montaje y desmontaje rápidos. [1] Pasadores a veces se utilizan además de los pernos, para garantizar una alineación precisa, especialmente para guías de ondas muy pequeñas.
Las características clave de una unión de guía de ondas son; si es hermético o no, lo que permite presurizar la guía de ondas, y si es un contacto o una conexión de estrangulamiento . Esto conduce a tres tipos de bridas para cada tamaño de guía de ondas rectangular.
Para las guías de ondas rectangulares, existe una serie de bridas estándar que compiten entre sí que no son completamente compatibles entre sí. [2] También existen diseños de brida estándar para guías de ondas cuadradas y circulares de doble cresta, altura reducida.
Presurización
La atmósfera dentro de los conjuntos de guías de ondas a menudo está presurizada, ya sea para evitar la entrada de humedad o para aumentar el voltaje de ruptura en la guía y, por lo tanto, aumentar la potencia que puede transportar. La presurización requiere que todas las articulaciones de la guía de ondas sean herméticas. Esto generalmente se logra mediante una junta tórica de caucho asentada en una ranura en la cara de al menos una de las bridas que forman cada unión. La junta , la junta / tapa o las bridas presurizables (como las de la derecha de la figura 2) se identifican por la única ranura circular que aloja la junta tórica. Solo es necesario que una de las bridas de cada conexión presurizable sea de este tipo; el otro puede tener una cara plana lisa (como la de la figura 1). Este tipo sin ranuras se conoce como cubierta , brida lisa o no presurizable . [ cita requerida ]
También es posible formar un sello hermético entre un par de bridas que de otro modo no se podrían presurizar utilizando una junta plana hecha de un elastómero conductor eléctrico especial . Se pueden acoplar dos bridas de cubierta lisa sin dicha junta, pero la conexión no es presurizable. [ cita requerida ]
Continuidad eléctrica
La corriente eléctrica fluye por la superficie interior de las guías de ondas y debe cruzar la unión entre ellas si la energía de microondas debe pasar a través de la conexión sin reflejos ni pérdidas. [ cita requerida ]
Conexión de contacto
Una conexión de contacto se forma mediante la unión de cualquier combinación de juntas y bridas de la tapa, e idealmente crea una superficie interna continua de una guía de ondas a la otra, sin grietas en la unión que interrumpan las corrientes superficiales. La dificultad con este tipo de conexión es que cualquier imperfección de fabricación o suciedad o daño en las caras de las bridas provocará una grieta. El arco de la corriente a través de la grieta causará más daño, pérdida de potencia y puede dar lugar a un arco de un lado de la guía al otro, provocando así un cortocircuito . [ cita requerida ]
Conexión de estrangulamiento
Una conexión de estrangulador se forma al acoplar una brida de estrangulador y una brida de cubierta (o junta / cubierta). La región central de la cara de la brida del estrangulador está muy ligeramente rebajada para que no toque la cara de la brida de la cubierta, sino que esté separada de ella por un espacio estrecho. La región empotrada está delimitada por una zanja de estrangulamiento profunda (o zanja o surco ) cortada en la cara de la brida. Las bridas de estrangulamiento solo se utilizan con guía de ondas rectangular, y son invariablemente presurizables, con una ranura de junta que rodea [3] la zanja de estrangulamiento. La presencia de estas dos ranuras circulares concéntricas hace que las bridas del estrangulador sean fácilmente reconocibles. La brida de la izquierda en la figura 2 es una brida de estrangulamiento. [ cita requerida ]
Se considera incorrecto unir dos bridas de estrangulamiento; el espacio resultante entre las caras de la brida es el doble de lo previsto, y el efecto es similar al de tener dos uniones en la guía en lugar de una. En ausencia de bridas de estrangulamiento no presurizables, todas las bridas se clasifican en una de tres categorías: estrangulador, junta / tapa y tapa. [ cita requerida ]
En la figura 3 se muestra una sección transversal del plano E de una conexión de estrangulamiento ensamblada. Este es el plano que corta cada una de las paredes anchas de la guía de ondas a lo largo de su línea central, que es donde se encuentran las corrientes superficiales longitudinales, las que deben cruzar la unión. —Están en su punto más fuerte. La zanja de estrangulamiento y el espacio entre las caras de la brida juntos forman una rama lateral algo enrevesada hacia la trayectoria de la guía principal. Esta rama lateral está diseñada para presentar una impedancia de entrada baja donde se encuentra con las paredes anchas de la guía de ondas, [3] de modo que las corrientes superficiales no sean obstruidas por el espacio, sino que fluyan hacia y desde las caras separadas de las bridas. . Por el contrario, en el borde exterior de la zanja de estrangulamiento, en el punto donde las dos bridas entran en contacto físico, la zanja presenta una alta impedancia en serie. La corriente a través del punto de contacto se reduce así a un valor pequeño, [3] y también se reduce el peligro de formación de arco a través de cualquier grieta entre las bridas. [ cita requerida ]
Teoría
A la frecuencia operativa de la brida del estrangulador, la profundidad de la zanja es aproximadamente un cuarto [3] de longitud de onda. Esto es algo más largo que un cuarto de la longitud de onda del espacio libre, ya que el campo eléctrico también varía al dar la vuelta a la zanja, tener dos cambios de polaridad o una onda completa en la circunferencia. Por tanto, la zanja constituye un ramal de cortocircuito resonante de un cuarto de onda y tiene una impedancia de entrada alta (idealmente infinita) en su desembocadura. Esta alta impedancia está en serie con la conexión de metal a metal entre las bridas y minimiza la corriente a través de ella. La distancia desde la guía de ondas principal a través del espacio hasta la zanja es igualmente un cuarto [3] de una longitud de onda en el plano E. La brecha forma así un transformador de cuarto de onda , transformando la alta impedancia en la parte superior de la zanja a una impedancia baja (idealmente cero) en la pared ancha de la guía de ondas. [ cita requerida ]
Dependencia de la frecuencia
Debido a que el funcionamiento de una conexión de estrangulamiento depende de la longitud de onda, su impedancia puede ser cero como máximo en una frecuencia dentro de la banda operativa de la guía de ondas. Sin embargo, al hacer que la brecha sea extremadamente estrecha, [1] [3] y la zanja de estrangulamiento relativamente amplia, [1] la impedancia de entrada puede mantenerse pequeña en una amplia banda de frecuencia. Para anchos de brecha y zanja en una proporción fija, la impedancia de entrada de la conexión es aproximadamente proporcional a cualquier ancho (duplicar ambos anchos es como tener dos conexiones en serie). Aumentando solo el ancho de la zanja, aumenta su impedancia de entrada proporcionalmente y, en cierta medida, disminuye la impedancia transformada, aunque el efecto es limitado cuando la longitud de la brecha no es exactamente un cuarto de longitud de onda. Las bridas de estrangulamiento de especificación MIL tienen un ancho de separación de entre el 2% y el 3% de la altura de la guía de ondas (la dimensión interior más pequeña de la guía), que para la guía de ondas WR28 (WG22) equivale a una separación de solo 3 milésimas de pulgada. La zanja de estrangulamiento en estas bridas es unas 8 veces más ancha (alrededor del 20% de la altura de la guía de ondas), aunque las proporciones varían considerablemente, ya que la relación ancho-altura de las guías estándar de tamaño medio se desvía de 2: 1. Las bridas de estrangulamiento MIL-Spec están diseñadas para usarse en toda la banda de frecuencia operativa recomendada de la guía de ondas [5] [6] [7] [8] [9] (es decir, aproximadamente de 1.3 a 1.9 veces el corte de la guía).
Historia
Los reclamantes de la invención de la conexión de estrangulamiento incluyen a Norman Ramsey [10] [11] con la ayuda de Shep Roberts mientras los dos trabajaban en el Laboratorio de Radiación del MIT durante la Segunda Guerra Mundial. Winfield Salisbury también afirma haber realizado la invención mientras era líder del Grupo de Radiofrecuencia en el Laboratorio de Radiación del MIT entre 1941 y 1942. [12] La invención no fue patentada. [10]
Actuación
Las conexiones de estrangulamiento pueden lograr un VSWR de 1.01 [13] (un retorno de -46 dB) sobre un ancho de banda útil y eliminar el peligro de arco [13] en la unión. No obstante, es posible un mejor rendimiento con una conexión de contacto cuidadosamente realizada entre bridas lisas sin daños. [13]
Accesorio a la guía de ondas
Las bridas se montan a través o en zócalo en el extremo del tubo de la guía de ondas.
Montaje a través
En el montaje pasante, el tubo de la guía de ondas pasa completamente hasta la cara frontal de la brida. Inicialmente, se permite que el tubo sobresalga un poco más allá de la cara de la brida, luego, una vez que las dos piezas se han soldado o soldado con fuerza , el extremo del tubo se mecaniza hacia abajo para que quede perfectamente nivelado con la cara. [14] Este tipo de construcción se puede ver en las figuras 1, 4 y 5. [ cita requerida ]
Montaje en zócalo
En el montaje en zócalo, la abertura en la cara frontal de la brida coincide con las dimensiones internas de la guía de ondas. En la parte posterior, la abertura está rebajada para formar un casquillo que encaja en el extremo del tubo de la guía de ondas. Las dos piezas están soldadas o soldadas juntas para asegurar un camino de conducción ininterrumpido entre la superficie interior del tubo de guía de ondas y la boca de la brida. Este tipo de construcción se puede ver en la figura 2, y se muestra en forma de diagrama en la figura 3. Una variación de esto es el montaje a tope , en el que el tubo de guía de ondas se apoya en la cara posterior de la brida. La parte posterior de la brida tiene una serie de protuberancias, suficientes para alinear el tubo, pero sin formar una pared de encaje ininterrumpida a su alrededor.
El montaje del enchufe evita la necesidad de mecanizar la cara de la brida durante la fijación. Para las bridas de estrangulamiento, esto significa que la profundidad a la que se empotra la cara y el ancho del espacio resultante se fijan cuando se fabrica la brida y no cambiarán cuando se coloque. Las bridas del estrangulador de especificación MIL están montadas en un enchufe. [5] [6] [7] [8] [9]
Estándares
MIL-Spec
MIL-DTL-3922 [1] es una norma militar de los Estados Unidos que brinda descripciones detalladas de estranguladores, empaquetaduras / cubiertas y bridas de cubierta para guías de ondas rectangulares. MIL_DTL-39000/3 [2] describe bridas para guía de ondas de doble cresta [15] y anteriormente [16] [17] también para guía de cresta simple.
Las bridas MIL-Spec tienen designaciones de la forma UG-xxxx / U donde las x representan un número de catálogo de longitud variable, que en sí mismo no contiene ninguna información sobre la brida. [2]
Estos estándares son trabajos del gobierno de EE. UU . Y están disponibles gratuitamente en línea en la Agencia de Logística de Defensa de EE . UU . [3]
IEC
La norma IEC 60154 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) describe bridas para guías de ondas cuadradas [18] y circulares, [19] , así como para lo que denomina planas , [20] medio planas , [21] y ordinarias [22] rectangulares. guías.
Las bridas IEC se identifican mediante un código alfanumérico que consta de; la letra U , P o C para No presurizable [2] (tapa lisa), Presurizable [2] (con una ranura para empaquetadura) y Choke [2] (con ambas ranuras para empaquetadura del estrangulador); una segunda letra, que indica la forma y otros detalles de la brida y finalmente el identificador IEC de la guía de ondas. Para la guía de ondas rectangular estándar, la segunda letra es de la A a la E , donde A y C son bridas redondas, B es cuadrada y D y E son rectangulares. Por ejemplo, UBR220 es una brida de cubierta plana cuadrada para la guía de ondas R220 (es decir, para WG20, WR42), PDR84 es una brida de junta rectangular para la guía de ondas R84 (WG15, WR112) y CAR70 es una brida de estrangulamiento redonda para la guía de ondas R70 (WG14, WR137).
El estándar IEC está respaldado por una serie de organizaciones de estándares europeas, como la British Standards Institution .
EIA
La Alianza de Industrias Electrónicas (EIA) es el organismo que define las designaciones WR para guías de onda rectangulares estándar. Las bridas EIA se designan como CMR (para conector, guía de ondas en miniatura, rectangular [2] ) o CPR ( conector, presurizable, guía de ondas rectangular [2] ) seguido del número EIA (número WR) para la guía de ondas correspondiente. Entonces, por ejemplo, CPR112 es una brida de junta para la guía de ondas WR112 (WG15).
RCSC
El Comité de Normalización de Componentes de Radio (RCSC) es el organismo que originó las designaciones WG para guías de ondas rectangulares estándar. También definió bridas estándar de estrangulamiento y cubierta con identificadores de la forma 5985-99-xxx-xxxx donde las x representan un número de catálogo, que en sí mismo no contiene ninguna información sobre la brida. [2]
Referencias
- ↑ a b c d e Harvey, AF (julio de 1955). "Guías de ondas estándar y acoplamientos para equipos de microondas". Actas de la IEE - Parte B: Ingeniería de radio y electrónica . 102 (4): 493–499. doi : 10.1049 / pi-b-1.1955.0095 .
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- ^ a b Departamento de Defensa de EE. UU. (27 de mayo de 2008), MIL-DTL-3922 / 60C: Bridas, guía de ondas (estrangulador) (redondo, 6 orificios) (PDF) [para WG14 — WR137]
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- ^ a b Departamento de Defensa de EE. UU. (8 de enero de 2010), MIL-DTL-3922 / 62D: Bridas, guía de ondas (estrangulador) (redondo, 8 orificios (2 orificios centrados horizontalmente, 2 orificios centrados verticalmente)) (PDF) [para WG12 — WR187]
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