Генераторные модули для КВЧ- терапии и оригинальная технология их изготовления
02_ТеорОсн4-img01.gif

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 того, металлический волновод обладает значительной 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.

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:

  • высокая механическая прочность при минимальных габаритах, массе и стоимости;
  • технологичность, простота, высокая надежность соединений при массовом изготовлении;
  • удобство сборки-разборки и обслуживания в эксплуатации;
  • прочность и коррозионная стойкость покрытия, как внутри, так и снаружи волновода;
  • высокая электрическая проводимость применяемых материалов;
  • высокая точность и чистота токонесущих поверхностей, обеспечивающих, наименьшие потери энергии в линиях передачи;
  • конструктивное исполнение, обеспечивающее минимальное затухание энергии внутри линии передачи на границах соединений при достаточно хорошем согласовании и экранировании.

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 сверхвысокочастотных (СВЧ) и крайне высокочастотных (КВЧ) устройств может быть принципиально новая волноводно-интегральная технология, базирующаяся на основе многослойной гальванопластики с элементами гальванопластического монтажа.

В ИТМ НАУ и НКАУ эта технология разработана. В частности, для изготовления сверхмалогабаритных генераторных модулей, в т.ч. электрически перестраиваемых, а также 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 разных 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 волноводно-интегральном исполнении.

Предложенная технология безотходна, она дает значительную экономию дефицитных материалов, обеспечивает получение монолитных, достаточно прочных изделий, выполненных с высокой точностью и чистотой внутренних поверхностей, обладающих хорошей электропроводностью и высокой коррозионной стойкостью.

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

Технология многослойной гальванопластики с элементами гальванопластического монтажа обладает уникальными возможностями. Она позволяет:

  • изготавливать устройства высокой сложности путем электрохимического сращивания отдельных деталей и узлов изделия;
  • 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 генераторные модули (ГМ) с улучшенными массогабаритными и прочностными показателями, которые могут найти применение в медицинских комплексах, использующих электромагнитные волны КВЧ- диапазона.

Главное преимущество предложенной технологии состоит в значительном снижении стоимости, массогабаритных характеристик и в возможности изготовления идентичных монолитных волноводно-интегральных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов.

Гальванопластический монтаж предполагает разработку новых схемных и конструктивных решений и сборку элементов и узлов ГМ на матрице многоразового использования. С помощью этой технологии изготовлены образцы ГМ для КВЧ- терапии, в т.ч. и электрически перестраиваемые. В качестве примера можно привести миниатюрный генератор на 42,2 ГГц, массой 8 граммов, показанный на рис. 1, в центре, где он является составной частью лечебно-диагностического аппарата «РАМЕД ЭКСПЕРТ − 01». На этом же рисунке показаны два других миниатюрных излучателя, применяемые в аппаратах серии «РАМЕД ЭКСПЕРТ», которые дополнительно содержат рупорные антенны и развязки.

02_ТеорОсн4-img01.gif

Рисунок 1 − Лечебно-диагностический аппарат «РАМЕД ЭКСПЕРТ − 01» и миниатюрные излучатели для КВЧ терапии.

Кроме этого, нами наработан определенный опыт изготовления некоторых других СВЧ- и КВЧ-устройств.

В качестве активного элемента используются отечественные полупроводниковые диоды Ганна (ДГ), разработанный при нашем непосредственном участии и выпускаемый серийно НИИ "ОРИОН" (г.Киев) для устройств с повышенными требованиями к экономичности по питанию, механической и термической прочности. ДГ типа УАА701А работают в частотном диапазоне 42-53 ГГц, а УАА701Б - 56-65 ГГц.

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 некоторым характеристикам превосходят их, не имея при этом, присущих им недостатков.