[发明专利]非接触式超宽带波导旋转关节、控制系统、方法及应用

权利要求书

1.一种非接触式超宽带波导旋转关节，其特征在于，所述非接触式超宽带波导旋转关节包括上波导部、可旋转同轴过渡、轴承及下波导部；

上波导部为标准矩形波导、非标波导、脊波导或其组合结构，内部通过变换结构实现宽带的端接式波导-同轴转换；

可旋转同轴过渡包括上同轴探针、同轴支撑介质、轴承固定结构、空心金属圆柱、圆弧面周期性金属凸体阵列、下同轴探针；

轴承为任意类型的机械滚动轴承，根据需求灵活选择；

下波导部包括普通波导、屏蔽腔、轴承固定腔；普通波导为标准矩形波导、非标波导、脊波导或其组合结构；

轴承放置于下波导部的轴承固定腔中，轴承的外圈与轴承固定腔保持固定，可旋转同轴过渡带有圆弧面周期性金属凸体阵列的一端插入下波导部的屏蔽腔中，其轴承固定结构与轴承的内圈相互固定，可旋转同轴过渡通过上同轴探针实现到上波导部的端接式同轴-波导转换，并与上波导部保持结构固定，通过下同轴探针实现到下波导部中普通波导的正交式同轴-波导转换；

所述上波导部内部还包括阻抗变换、匹配及调谐结构，波导末端开孔，用于构成端接式同轴-波导转换结构；

可旋转同轴过渡中，空心金属圆柱的上端设置轴承固定结构，下端外壁设置圆弧面周期性金属凸体阵列，若干个等半径圆弧面金属凸体沿空心金属圆柱的外壁圆周方向及轴向以周期性规则排列，金属凸体的圆弧面与空心金属圆柱呈同心圆关系；

可旋转同轴过渡中，空心金属圆柱的内壁作为外导体，与同轴支撑介质及金属内导体共同构成同轴传输线结构；同轴传输线上下两端分别设置上同轴探针和下同轴探针，上同轴探针和下同轴探针为任意可实现的同轴-波导转换结构；

所述下波导部的普通波导内部包括阻抗变换、匹配及调谐结构；

下波导部中，屏蔽腔为圆柱体空腔结构，与普通波导的上壁相连为一体，并与普通波导的波导腔内部相通，屏蔽腔的直径大于所述可旋转同轴过渡中圆弧面周期性金属凸体阵列的外圆弧直径，二者之差小于旋转关节工作频率所对应工作波长的二分之一，屏蔽腔的高度大于等于圆弧面周期性金属凸体阵列的轴向长度；

下波导部中，轴承固定腔位于屏蔽腔上方，二者的轴向中心线相重合，轴承固定腔的高度及直径根据轴承的相应尺寸确定，轴承固定腔与屏蔽腔之间预留微小结构空隙，保证装配后轴承的下表面与屏蔽腔的上表面不接触；

可旋转同轴过渡、轴承、轴承固定腔及屏蔽腔的轴向中心线相重合，组装后圆弧面周期性金属凸体阵列表面与屏蔽腔的内壁之间形成小于四分之一工作波长的等距结构间隙，不接触；

所述非接触式超宽带波导旋转关节的控制方法包括：

第一步，在同轴过渡段外部设计圆弧面周期性金属凸体阵列，配合屏蔽腔构成可旋转的非接触电磁带隙结构，通过电磁仿真计算获得关键尺寸参数，实现非接触条件下的宽带电磁屏蔽，构成可旋转同轴过渡；

第二步，分别通过宽带端接式和正交式同轴-波导转换实现到固定波导和旋转波导间的电磁信号传输，配合轴承实现L型波导旋转关节；

所述圆弧面周期性金属凸体阵列的若干个等半径圆弧面金属凸体沿空心金属圆柱的外壁圆周方向及轴向以周期性规则排列，金属凸体的圆弧面与空心金属圆柱呈同心圆关系。

2.如权利要求1所述的非接触式超宽带波导旋转关节，其特征在于，所述圆弧面周期性金属凸体阵列的结构及排列方式为：各金属凸体尺寸结构相同，每一圈金属凸体位于同一轴向截面内，沿空心金属圆柱的外壁圆周以等间距方式排列，同时沿轴向以等间距方式排列。