[发明专利]Ka频段大功率波导旋转关节

说明书

技术领域

本发明属于微波通信领域，涉及一种大功率旋转关节，特别是一种双边对称激励的Ka频段大功率波导旋转关节。

背景技术

在微波通信中，旋转关节用以在动态的天线系统与静态的发射系统及接收系统之间实现微波信号的传递，所以其结构设计要在尽可能满足电气性能要求的同时，又满足天线动态运动的结构要求。

目前常用的旋转关节，有加载介质的同轴旋转关节和采用单边激励的全波导TM01模旋转关节。采用加载介质的同轴旋转关节，由于介质的损耗较大，因此会导致较大的热耗产生，不利于星上大功率使用。采用单边激励的全波导TM01模旋转关节，由于单边激励TM01模转换器对基模(TE11)的抑制是非宽带的，受加工影响大，对Ka频段尤为明显，因此会导致较大的插入损耗和转动过程中驻波比和插入损耗较大的周期性波动。

为了实现低损耗和转动过程中电性能的平稳性，旋转关节必须为全波导结构和对TE11模在工作带宽内实现40dB以上的抑制。目前有的单位采用对称激励的TM01模转换器，如图1所示，可以在较宽的带宽内实现对TE11模的抑制。但是该TM01模转换器采用双缝对称激励，由于双缝较窄，因此微放电余量小，不利于大功率使用，并且由于双缝激励时短路面的影响，使得双缝附近的电场出现局部不均匀性，导致其对TE11模的抑制在Y方向与频率相关性加大，抑制带宽变窄。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术不足，提供一种有利于大功率使用、电性能平稳、损耗小的Ka频段大功率波导旋转关节。

本发明的技术解决方案是：Ka频段大功率波导旋转关节，分为相互连接的上半部分和下半部分，其上半部分和下半部分分别由一个H面T形分支和一个TM01模转换部分连接形成；TM01模转换部分包括一个矩形直波导和一个圆波导；圆波导位于矩形直波导的中心位置，与矩形直波导的宽边对接，矩形直波导相对于圆波导的圆心呈对称形式；H面T形分支的两个分支与矩形直波导的两个端口连接。

所述旋转关节的上下两部分通过扼流槽和轴承相连。

所述扼流槽为深度λ/4的双槽组成，其中λ为旋转关节的中心波长。

所述H面T形分支的公共口宽边上有一调谐螺钉，两个分支为拐弯台阶过渡的形式，H面T形分支通过调谐螺钉和拐弯台阶过渡实现匹配。

所述矩形直波导的宽度a＝0.72λ，其中λ为旋转关节的中心波长，厚度b＝0.2a；

所述圆波导的半径r的选择需满足2.61r＞λ＞2.06r，其中λ为旋转关节的中心波长。

所述整个旋转关节为全金属结构。

本发明的原理是：利用矩形波导里TE10模的横向场与圆波导里TM01模的纵向场电场场型相似的特点，把矩形波导里的TE10模转化成圆波导里的TM01模，通过适当匹配，可以获得矩形波导TE10模到圆波导TM01模的强耦合。本发明在利用了这个基本原理的基础上，为了进一步获得高的TE11模抑制度，采用了双边对称激励的方式，使得矩形波导里两路等幅同相的TE10模在圆波导里激励起来的TE11模等幅反相，从而实现了对TE11模的高度抑制，由于TM01模是差模，因此矩形波导里两路等幅同相的TE10模在圆波导激励起来的TM01模是等幅同相的。这种双边对称激励对圆波导里所有的和模具有和TE11模相同的抑制作用，但是对所有的差模不具有抑制作用，因此，除过旋转关节工作模式TM01模外，其余差模如TE21模等更高的模式通过选择合适的圆波导半径来抑制。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用双边对称激励TM01模的方法，该方法中采用H面T形分支把一路信号分解成两路等幅同相的信号，在抑制TE11模时与频率相关性大大降低，因此在较宽的带宽内实现了对TE11模的高度抑制，实现了旋转关节在转动时电性能的平稳性。

(2)本发明采用了全波导结构，无任何介质加载，并且对微放电做了全面考虑，因此有效降低了旋转关节的插入损耗，有利于大功率使用。

(3)本发明抑制TE11模的方法与频率相关性低，只与结构的对称性有关，加工误差造成的微小不对称性对TE 11模的抑制影响较小，可以在较宽的带宽内实现对TE11模较高的抑制。这种特性对在Ka频段的使用非常有利。

(4)本发明中H面T形分支的设计考虑了旋转关节整体尺寸大小，设计中把过渡放置在H面T形分支的两个分支处而不是公共口，这样有效的节省了旋转关节的横向和径向尺寸，满足了星上对空间和重量的苛刻要求。如果不受空间限制，过渡也可以放在H面T形分支的公共口处。

附图说明

图1为背景技术的双缝对称激励的TM01模转换器示意图；