一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節的製作方法

2023-04-27 00:23:26

一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節。在具有旋轉天線的機載動中通衛星通信系統中，要求天線在方位上能360°旋轉，俯仰上能±90°旋轉。本實用新型由相互嵌套連接的Ka波段波導旋轉關節和S波段同軸旋轉關節組成；Ka波段波導旋轉關節從兩側到中央依次對稱設置有標準矩形波導、E面切角彎波導、調配錐、同軸腔和扼流槽；S波段同軸旋轉關節從兩側到中央依次對稱設置有SMA同軸連接器和剛性電纜。本實用新型對Ka波段波導旋轉關節和S波段同軸旋轉關節的參數分別進行了設計優化，在保證所要求的正常工作頻帶的前提下，實現Ka波段通道和S波段通道可以同時工作，抑制高次模的出現，也有效地降低了旋轉關節通帶的插入損耗和回波損耗。
【專利說明】一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種旋轉關節,具體涉及一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節。
【背景技術】
[0002]在具有旋轉天線的機載動中通衛星通信系統中，一方面為了將高頻能量由固定發射機傳輸到轉動天線上，另一方面為了滿足天線在工作中不斷地搜索目標，跟蹤目標的需要，往往要求天線在方位上能360°旋轉，俯仰上能±90°旋轉，這時網絡和饋源之間就必須安裝波導旋轉關節或同軸旋轉關節，保證微波信號在天線轉動的過程中能有效地傳輸。旋轉關節已經在雷達裝置中大量使用。
[0003]旋轉關節的類型很多，常用的類型有全同軸線型旋轉關節、以同軸線作為過渡器的旋轉關節、以圓波導作為過渡器的旋轉關節等。對它們的要求是:
[0004]( 1）結構上轉動靈活；
[0005](2)轉動時不影響饋線和天線之間電磁能量的傳輸，一般情況下在工作頻段內VSffR≤ 1.25 以下；
[0006](3)插入損耗要小，一般情況下在工作頻段內1L ≤ 0.3dB以下；
[0007](4)能承受一定的峰值功率和平均功率
[0008]若傳輸通道需要充氣，則在旋轉關節的部分位置需要加裝密封機構，既要防止漏氣又要保證轉動靈活，比如波導密封窗等。

【發明內容】

[0009]本實用新型的目的是提供一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，方便在Ka波段通信領域的信號傳輸。
[0010]本實用新型所採用的技術方案是:
[0011]一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，其特徵在於:
[0012]包含有Ka波段波導旋轉關節和S波段同軸旋轉關節；
[0013]所述Ka波段波導旋轉關節從兩側到中央依次對稱設置有標準矩形波導、E面切角彎波導、調配錐、同軸腔和扼流槽；
[0014]所述S波段同軸旋轉關節從兩側到中央依次對稱設置有SMA同軸連接器和剛性電纜;
[0015]S波段同軸旋轉關節的剛性電纜插設在Ka波段波導旋轉關節的同軸腔中。
[0016]所述Ka波段波導旋轉關節的調配錐為規則圓錐體或錐形階梯形狀。
[0017]所述S波段同軸旋轉關節的剛性電纜由內導體、介質套、外導體組成。
[0018]所述Ka波段波導旋轉關節的同軸腔尺寸滿足Amin≤3.14X (a+b)，其中a表示內導體的外徑，b表示外導體的內徑，Xmin表示工作頻段內的最小波長；
[0019]Ka波段波導旋轉關節的同軸腔，若需要通過較大的功率容量，則其同軸腔的尺寸條件為b/a=l.649 ;若要求傳輸通道衰減最小，則其同軸腔的尺寸條件為b/a=3.591。[0020]本實用新型具有以下優點:
[0021]本實用新型對Ka波段波導旋轉關節和S波段同軸旋轉關節的參數分別進行了設計優化，在保證所要求的正常工作頻帶的前提下，實現Ka波段通道和S波段通道可以同時工作，抑制高次模的出現，也有效地降低了旋轉關節通帶的插入損耗和回波損耗，減小整個雙路旋轉關節的體積，實現了雙頻雙路旋轉關節要求的功能，並適用於微波通信、微波測試以及雷達等領域。
[0022]本實用新型採用Ka波段波導單路旋轉關節和S波段同軸單路旋轉關節嵌套的組合方式，其特點在于波導單路旋轉關節和同軸單路旋轉關共用一段傳輸線，大大地減小了整個旋轉關節的體積。為了保證波導通道和同軸通道的正常轉動，分別在波導通道採用扼流槽的形式，在同軸通道採用接觸摩擦的形式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型具體實施Ka、S雙頻雙路旋轉關節側視結構圖。
[0024]圖2是本實用新型具體實施Ka波段波導單路旋轉關節的剖面結構圖。
[0025]圖3是本實用新型具體實施S波段同軸單路旋轉關節的剖面結構圖。
[0026]圖中，1-Ka波段波導旋轉關節，2-S波段同軸旋轉關節，11_標準矩形波導，12_E面切角彎波導，13-調配錐，14-同軸腔，15-扼流槽，21-SMA同軸連接器，22-同軸剛性電纜。
【具體實施方式】
[0027]下面結合【具體實施方式】對本實用新型進行詳細的說明。
[0028]本實用新型所述的Ka、S雙頻雙路旋轉關節，包含有相互嵌套連接的Ka波段波導旋轉關節I和S波段同軸旋轉關節2。
[0029]Ka波段波導旋轉關節I具有匹配良好的寬通帶，反射小，損耗低，體積小。可以單獨使用，主要的結構形式有I型、L型和U型三種，也可以和低頻段波導組合實現多路旋轉關節。Ka波段波導旋轉關節I從兩側到中央依次對稱設置有標準矩形波導11、E面切角彎波導12、調配錘13、同軸腔14和扼流槽15。調配錐13的結構形式也可以是矩形階梯形式。為了保證同軸腔14隻傳輸TEM模，其尺寸的選擇必須滿足Amin≥3.14X (a+b)，其中a表示內導體的外徑，b表示外導體的內徑，Xmin表示工作頻段內的最小波長。若要求傳輸通道衰減最小，則其同軸腔(14)的尺寸條件為b/a=3.591，若需要通過較大的功率容量，則其同軸腔(14)的尺寸條件為b/a=l.649，為了進一步加大波導旋轉關節的承受功率，也可以在同軸腔與矩形波導腔的連接處做適當的倒角處理。為了使旋轉關節能夠順利轉動，在同軸腔上、下銜接的端面處做扼流槽。
[0030]S波段同軸旋轉關節2具有很寬的工作帶寬，在製作精度較高的情況下，它可以在30%的帶寬內幾乎測不到反射功率，但是它的功率容量較低。S波段同軸旋轉關節2從兩側到中央依次對稱設置有SMA同軸連接器21和同軸剛性電纜22。同軸剛性電纜22對於整個雙路旋轉關節起著很關鍵的作用，它對于波導通道而言擔當同軸腔內導體的角色，對於同軸通道而言擔當同軸線外導體的角色。特別是作為同軸腔的內導體使用時，它的表面光潔度、同心度很重要，如果尺寸有問題就容易激起同軸線的高次模TEll模。同軸剛性電纜22轉動部分的設計是該產品設計的一個重點、難點，在轉動環節中我們採用的是接觸式方案，為了避免同軸轉動部分和波導扼流槽之間的縫隙耦合，我們將同軸旋轉關節的轉動接觸部分放在波導通道的外面和波導旋轉關節的扼流槽分離開。同軸線旋轉關節一般均採用直接切斷同軸線，以使其相對轉動，由於同軸線內外導體被切斷，為保持電氣特性接觸良好，在切斷處必須使用扼流裝置。同軸線長度的選取一方面要考慮整個系統對旋轉關節的尺寸的限制，另一方面要使兩個同軸連接器的反射相互抵銷，從而使關節在工作帶寬內駐波最小。同軸線過長會使體積變大，工作頻帶變窄；同軸線過短會在過度區域產生的高次模得不到衰減，在同軸線中，當高次模型TEll波的截至波長小於工作波長時，則TEll波將被衰減。如果TEll波衰減不夠，則合成電磁場沿圓周方向是不均勻的，這會引起同軸線功率容量的下降，當關節旋轉時，匹配性能也將發生變化。為了消除上述隱患得到較好的電性能，此方案我們採用接觸式模式阻抗變換，讓同軸線內導體與插芯緊密結合，採用特殊材料用作摩擦部件，儘量減少由摩擦帶來的損耗。
[0031]S波段同軸旋轉關節2的剛性電纜22插設在Ka波段波導旋轉關節I的同軸腔14中，令二者形成相互嵌套的連接關係。Ka、S雙頻雙路旋轉關節將整體分為兩部分，上半部分轉動，下半部分固定不動。S通道和Ka通道都各有兩個埠。在測試時若測Ka通道，則把Ka單通道當作波導雙埠器件進行測量，所測S參數主要為SI I和S21，觀察測試數據判斷是否實現該雙路旋轉關節要求的功能。
[0032]本實用新型的內容不限於實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案採取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，其特徵在於: 包含有Ka波段波導旋轉關節(I)和S波段同軸旋轉關節(2)； 所述Ka波段波導旋轉關節(I)從兩側到中央依次對稱設置有標準矩形波導(11)、E面切角彎波導(12)、調配錐(13)、同軸腔(14)和扼流槽(15); 所述S波段同軸旋轉關節(2)從兩側到中央依次對稱設置有SMA同軸連接器(21)和剛性電纜(22)； S波段同軸旋轉關節(2)的剛性電纜(22)插設在Ka波段波導旋轉關節(I)的同軸腔(14)中。
2.根據權利要求1所述的一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，其特徵在於: 所述Ka波段波導旋轉關節(I)的調配錐(13)為規則圓錐體或錐形階梯形狀。
3.根據權利要求1或2所述的一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，其特徵在於: 所述S波段同軸旋轉關節(2)的剛性電纜(22)由內導體、介質套、外導體組成。
4.根據權利要求3所述的一種Ka、S雙頻雙路旋轉關節，其特徵在於: 所述Ka波段波導旋轉關節(I)的同軸腔(14)尺寸滿足Amin≥3.14X (a+b)，其中a表示內導體的外徑，b表示外導體的內徑，表示工作頻段內的最小波長； Ka波段波導旋轉關節(I)的`同軸腔(14)，若需要通過較大的功率容量，則其同軸腔(14)的尺寸條件為b/a=l.649 ;若要求傳輸通道衰減最小，則其同軸腔(14)的尺寸條件為b/a=3.591 ο
【文檔編號】H01P1/06GK203423238SQ201320566060
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】孫濤, 李玉青, 田青 申請人:西安航天恆星科技實業(集團)公司