[发明专利]一种新型微波旋转关节

说明书

技术领域

本发明涉及微波部件技术领域，尤其是涉及一种微波旋转关节。

背景技术

随着微波技术的迅速发展，应用频段已逐步由L、S、C频段向更高频 段延伸，目前，Ka频段的应用已越来越广泛。Ka频段部件具有尺寸小、 精度要求高的特点，而现有的旋转关节方案及其结构形式已不能满足要 求。具体来讲，现有的旋转关节可分为两种：一种是以同轴线作旋转部分， 同轴内导体两端均与波导壁相连，同轴内、外导体上均设计有扼流槽，二 者在扼流槽处断为两截来实现旋转；另一种是以圆波导作为旋转部分，两 端是圆波导和矩形波导的变换结构，圆波导壁上设计有扼流槽，在扼流槽 处断为两截来实现旋转。上述两种旋转关节的不足之处在于：前一种方案 由于在同轴内、外导体上均有扼流槽，因此，只适用于低频段部件，对于 Ka频段是不适用的，这是因为在Ka频段旋转关节中，同轴内导体直径小， 在内导体上加工扼流槽是很难实现的。后一种方案采用圆波导作为旋转部 分，则必须利用圆波导中的高次模TM01模作为传输模式，该方案的缺点 是频带窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种微波旋转关节，其频带宽、性能好且工作性能稳定，适合L～Ka各个频 段，能够广泛应用在需要跟踪、对准的天线系统中。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微波旋转关节， 包括波导同轴转换器一和波导同轴转换器二两个波导同轴转换器，所述两个 波导同轴转换器均包括矩形波导以及安装在所述矩形波导宽边轴线上的同 轴结构，所述两个波导同轴转换器的同轴结构为同一个同轴线且二者围绕 同轴线进行旋转，同轴线与所述两个波导同轴转换器的矩形波导的阻抗均 匹配；同轴线包括同轴内导体以及套装在同轴内导体外侧且相扣合的的两 个同轴外导体，所述两个同轴外导体与同轴内导体之间设置有支撑介质， 所述两个同轴外导体与所述两个波导同轴转换器的矩形波导腔体连接为一 体，其特征在于：所述波导同轴转换器一的矩形波导一内设置有脊波导， 同轴内导体一端伸入所述矩形波导一的矩形波导腔一内且固定在脊波导 上，脊波导与所述矩形波导一之间通过多级阶梯变换进行过渡；所述同轴 内导体的另一端伸入波导同轴转换器二的矩形波导腔二内且与矩形波导腔 二的波导壁不接触，同轴内导体的另一端设置有用于匹配波导同轴转换器 二的矩形波导二与同轴线的阻抗的匹配端头；所述两个同轴外导体的扣合 处设置有扼流槽。

所述波导同轴转换器一通过调整脊波导和多级阶梯变换的尺寸来实现 同轴线与所述矩形波导一的阻抗匹配，其中，同轴线与所述矩形波导一的 特性阻抗值越接近，实现同轴线与所述矩形波导一阻抗匹配的频带范围越 宽；所述波导同轴转换器二通过改变匹配端头的尺寸和所述矩形波导二的 波导短路壁位置来实现同轴线与所述矩形波导二的阻抗匹配。

所述脊波导与同轴线的特性阻抗值相同或相近，所述波导同轴转换器 一通过调整多级阶梯变换的尺寸来实现同轴线与所述矩形波导一的阻抗 匹配。

所述多级阶梯变换采用切比雪夫1/4波长阻抗变换器的形式进行阶梯 变换。

所述同轴内导体为锡青铜棒且其直径大于1.5mm。

所述扼流槽设置在靠近波导同轴转换器二的一侧。

所述同轴线与所述矩形波导一和所述矩形波导二的波导短路壁间的 距离均为所述扼流槽为旋转对称结构且其由设置在一个同轴外导体 上的齿和对应设置在另一个同轴外导体上的槽组成，所述齿的长度和槽的 深度相同且均为齿的厚度小于槽的宽度为齿厚度的3倍，齿和 槽之间的间隙为其中λ为波导同轴转换器一和波导同轴转换器二的工 作波长且该工作波长为工作时中心频点对应的波长。

所述支撑介质为由两个聚四氟乙烯制的半圆柱环组成的圆柱环套，所 述圆柱环套的外径与所述同轴外导体的内径相同，所述支撑介质套装处的 同轴内导体的直径b′小于同轴内导体其它部分的直径b且其中，ε_r为聚四氟乙烯材料的介电常数，所述圆柱环套的内径为b′。

所述支撑介质的长度为3～5mm。

所述两个波导同轴转换器的矩形波导腔体外部之间设置有实现二者围 绕同轴线旋转的轴承，所述轴承与同轴线同轴。