[发明专利]一种宽带非接触式圆波导旋转关节及设计方法

说明书

本发明公开了一种宽带非接触式圆波导旋转关节及设计方法，该宽带非接触式圆波导旋转关节包括：第一圆波导、圆柱面金属凸体阵列、轴承、第二圆波导、屏蔽腔和轴承固定腔；第一圆波导末端设置有金属凸体阵列；第二圆波导末端依次设置有屏蔽腔和轴承固定腔；第一圆波导的末端插入屏蔽腔内，第一圆波导与第二圆波导的波导端口面不接触；金属凸体阵列与屏蔽腔共同构成非接触电磁带隙结构，实现宽带电磁屏蔽，配合轴承构成宽带非接触式圆波导旋转关节。本发明在旋转部位通过构建可旋转的宽带非接触电磁带隙结构，保证了旋转关节的宽带特性，且非接触结构避免了磨损，使得旋转更加平稳，寿命更长，可广泛应用于各种通信、雷达及天线馈电系统中。

技术领域

本发明属于微波技术领域，尤其涉及一种宽带非接触式圆波导旋转关节及设计方法。

背景技术

旋转关节是通信及雷达天线系统中的重要组件。为实现对目标连续不断的搜索、跟踪及测量，通常需要天线的辐射机构可以实现360°连续旋转，同时需保证旋转过程中电磁信号不间断传输。因此，在天线馈电系统中必须采用旋转关节，实现固定部分和旋转部分的连接，以保证天线在旋转过程中微波信号可以连续有效传输。

旋转关节包括波导旋转关节和同轴旋转关节。波导传输线具有低损耗、高功率容量等优势，因此在大功率天线系统中，主要采用波导旋转关节。

在各类大功率波导旋转关节中，旋转部位大多采用圆波导结构，利用圆波导的中心对称TM01模或经过极化变换后的其他模式实现旋转过程中的电磁信号不间断传输。输入输出端口根据不同的需求设计相应的转换结构，以实现不同类型的波导旋转关节，例如，通过矩形-圆波导转换实现矩形波导旋转关节。因此，圆波导旋转关节结构是很多波导旋转关节中的核心机构。

当前已有的圆波导旋转关节，总结起来包括普通无接触式、扼流槽非接触式及接触式结构三类。普通无接触式结构由于存在间隙，造成电磁泄露，因此驻波及插损性能较差，为此通常会增加扼流槽结构以降低驻波比和插损，但扼流槽为窄带结构，很大程度上限制了旋转关节的工作带宽，一旦工作频率改变，电性能指标会下降，因此需要根据不同的工作频段设计改变结构尺寸，且扼流槽尺寸通常需要试验确定，会造成较高的设计制造成本。

现有的接触式波导旋转关节结构主要集中于通过各种结构设计改进，实现类似弹片接触或电刷结构的接触式旋转，进而改善驻波及插损性能，如专利“接触式无间隙的波导旋转关节201710367048.X”、“可快速调节间隙的波导旋转关节201710368810.6”、“一种可调间隙的波导旋转关节201710367047.5”等都属于此类，但此类接触式旋转关节由于有接触面的摩擦，会存在磨损及旋转不平稳的问题。

综上，当前已有的圆波导旋转关节大多采用扼流槽结构，其工作带宽较窄，无法满足宽带范围内灵活的频率变化需求，采用接触式结构所实现的圆波导旋转关节存在磨损及旋转不平稳的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种宽带非接触式圆波导旋转关节及设计方法，在旋转部位通过构建可旋转的宽带非接触电磁带隙结构，实现了宽带的电磁屏蔽，保证了旋转关节的宽带特性，且非接触结构避免了磨损，使得旋转更加平稳，寿命更长，可广泛应用于各种通信、雷达及天线馈电系统中。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种宽带非接触式圆波导旋转关节，包括：第一圆波导、圆柱面金属凸体阵列、轴承、第二圆波导、屏蔽腔和轴承固定腔；其中，第一圆波导和第二圆波导的中心轴线相重合；

第一圆波导靠近轴承一侧的末端设置有圆柱面金属凸体阵列；

第二圆波导靠近轴承一侧的末端依次设置有屏蔽腔和轴承固定腔；

轴承放置于轴承固定腔中，且轴承的外圈与轴承固定腔保持结构固定；

第一圆波导靠近轴承一侧的末端插入屏蔽腔内，且第一圆波导的波导端口面与第二圆波导的波导端口面不接触；