一種高功率微波波導開關的製作方法

2023-06-16 21:59:41

專利名稱：一種高功率微波波導開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及的波導開關是微波系統中重要的波導元件之一。
波導開關是微波系統中常用的波導元件之一(

圖1，2)，其作用是將微波信號或能量從一個或兩個主通道轉接至另外兩個彼此獨立的新通道中去，或者反過來將兩個彼此獨立的通道中的微波分別轉接到另外一個或兩個主通道中去。因此，它相當於普通電路中的單刀雙擲(圖1)或雙刀雙擲(圖2)開關，只是後者一共只有四個通道接口，因而並不是真正意義上的雙刀雙擲開關，僅只形式上的類同。
波導開關中的可旋轉部分稱為轉子(1)，轉子上加工有轉接通道(2)，固定部分稱為定子(3)，定子周圍開設微波輸入輸出通道的接口(4和5)，並設定其中一個或兩個接口為主通道接口(4)，微波通道的轉接就是通過轉子的轉動來實現的。在傳統的波導開關中，為了轉子轉動靈活，轉子的外表面(6)和定子的內表面(7)都是直圓柱面，而且兩個圓柱面之間留有一定的間隙(8)而不能緊密接觸，即必須是機械上的動配合而不能是緊配合。這一間隙的存在，使得該開關應用在高功率微波系統中時容易產生打火，使微波損耗增加，反射增大，並引起開關本身發熱。因此，這種有間隙的波導開關不能在高功率或超高功率的微波系統中使用。
美國專利US005257872A提出了一種利用轉子與定子膨脹係數不同來消除間隙的高功率波導開關方案。當沒有微波通過時，開關的溫度相對較低，這時轉子與定子之間有間隙，轉子可以轉動，而當微波功率通過開關並由於開關自身對微波的損耗而引起其溫度升到一定範圍時，由於轉子的材料膨脹係數大於定子的材料膨脹係數，間隙消除，以利於微波的傳輸。這一方法存在有明顯的缺點首先是加工要求高，間隙的大小必須剛好使它能在兩個不同溫度下因兩種特定材料膨脹係數的不同而得到消除；其次是開關的工作溫度在沒有微波功率傳輸和有微波功率傳輸時都必須嚴格控制在一定範圍內，過高或過低將導致開關無法轉動或間隙不能得到消除；第三是成本高，其轉子和定子都必須採用特殊的具有特定膨脹係數的材料。可見，這種開關不僅造價高，而且使用不方便，其使用條件受到很大限制。
本發明的任務是利用一種簡單、方便、低成本、易加工的方法消除波導開關中轉子與定子間存在的間隙，改動配合為緊配合，從而消除高功率微波傳輸時的打火現象，同時減小開關的傳輸損耗，減小開關的發熱現象，降低反射，使微波傳輸性能大為改善，從而使這種開關能在高功率甚至超高功率微波系統中應用。
為了解決上述任務，本發明採用的解決方案是將波導開關中的轉子(9)的外表面(10)和定子(11)的內表面(12)都由直圓柱面改成同錐度的錐形圓臺面(見圖3)。由於開關轉子與定子之間的錐形接觸面在加工時必須經過相互研磨以保證良好密切接觸，因而它們之間壓緊時不再存在間隙。當轉子開始轉動時，抬升機構能將轉子相對定子抬升一個不大的高度，使它的外表錐面與定子的內表錐面脫離接觸並出現一定間隙，這時轉子就可以靈活轉動，而當轉子轉到一個新的轉接位置時，抬升作用消失，轉子靠自身重力和適當的外加壓力下落，使轉子外表錐面與定子的內表錐面重新緊密接觸，間隙消失。
這種開關的優點是(1)由於消除了開關中的間隙，因而消除了傳統開關中由於間隙存在當傳輸高功率微波時引起的打火現象，大大提高了波導開關的功率容量；(2)由於消除了間隙，因而大大減小了微波傳輸損耗，即降低了開關的插入損耗。同時開關的反射也得到降低，即減小了駐波係數；(3)本發明不僅適用於單刀雙擲的三埠波導開關，也完全適用於任何其它形式的多埠波導開關；(4)本發明既可用於轉子上轉接通道為E面彎波導的E面波導開關，亦可用於轉接通道為H面彎波導的H面波導開關；(5)由於本發明中不採用抗流連接，因此具有很寬的頻帶；(6)本發明的開關結構簡單、加工方便，不使用特殊材料，成本低，對使用條件無特殊要求，壽命長；(7)本發明的開關適用於高功率或超高功率系統作為微波轉接元件。
附圖及圖面說明圖1傳統的三埠微波波導開關，它相當於一個單刀雙擲開關，(a)正視圖，(b)俯視圖。
圖2傳統的四埠微波波導開關，它在形式上類似於一個雙刀雙擲開關，(a)正視圖，(b)俯視圖。
圖1、圖2中，1為轉子，2為轉子上的轉接通道，3為定子，4和5為微波通道的接口，其中4為主通道接口，5為需要轉接的通道的接口，6為轉子的外表面，7為定子的內表面，它們同為直圓柱面，8為6和7兩個直圓柱面之間的間隙。
圖3本發明的開關縱剖面圖，它將轉子外表面和定子內表面做成同錐度的錐形圓臺面。其中9為轉子，11為定子，10為轉子的外表面，12為定子的內表面。
圖4本發明實施例示意圖，(a)為正視圖，(b)為俯視圖。其中13為轉子，14為轉子的外表面，15為定子，16為定子的內表面，17為安裝在定子底部只能轉動不能移動的鋼珠，18為轉子底部相應於鋼珠位置的凹坑，19為轉子頂部的鋼珠；20為對鋼珠19加壓的彈簧。
實施例如圖4所示，在本發明的實施例中，波導開關的轉子(13)外表面(14)和定子(15)內表面(16)都呈一定錐度，兩者錐度一致，經過相互研磨，保證兩個面能互相緊密接觸。當轉子開始轉動時，轉子底部的凹坑(18)將馬上與安裝在定子底部的鋼珠(17)發生錯位，因而鋼珠將把轉子抬高一定高度，從而使轉子外表面與定子內表面脫離接觸，並形成一定間隙，使轉子能夠靈活轉動。當轉子轉到一個新的需要轉接的波導接口位置時，由於在轉子底部相應鋼珠的位置都挖有凹坑，因而轉子由於自重及其頂部的鋼珠(19)和彈簧(20)的作用會自動落下，同時彈簧通過鋼珠將把轉子外表面與定子內表面緊密壓緊從而消除間隙。
亦可採用凸輪等任何其它形式的抬升機構。
權利要求
1.一種高功率微波波導開關，其特徵是該波導開關中的定子的內表面和轉子的外表面為同錐度錐形圓臺面。
2.根據權利要求1所述的高功率波導開關，其特徵是該波導開關的抬升機構為定子的底部平面上三個與底面圓圓心等距且角向均勻分布的凹坑，轉子錐形圓臺底部有三個在位置上與定子的三個凹坑一一對應的凹坑，定子底部的三個凹坑中分別放有三個鋼珠。
3.根據權利要求1所述的高功率波導開關，其特徵是該波導開關的抬升機構由凸輪構成。
全文摘要
本發明公開了一種適用高功率甚至超高功率微波系統中應用的波導開關。本發明通過把波導開關的轉子和定子做成同錐度的錐形圓臺面，使它們之間構成緊密接觸，改動配合為緊配合，從而消除高功率微波傳輸時的打火現象，同時減小開關的傳輸損耗，減小開關的發熱現象，降低反射，使微波傳輸性能大為改善，從而使這種開關能在高功率甚至超高功率微波系統中應用。
文檔編號H01P1/10GK1239838SQ9811209
公開日1999年12月29日 申請日期1998年6月18日 優先權日1998年6月18日
發明者王文祥, 孫嘉鴻, 張兆鏜 申請人:電子科技大學