CN101329003B - 用于相位稳定波导管的机械式温度补偿设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于相位稳定波导管的机械式温度补偿设备，即用于波导管(1)的机械式补偿设备。更准确地，本发明为确保因温度变化而膨胀和收缩的波导管(1)中的相位稳定性提供了一种技术。为了实现这点，当所述波导管(1)由于温度变化而膨胀或收缩时，连接至在波导管(1)的本体中切出并与其成为一体的纵向肋片(2、3)的执行器由于波导管(1)与执行器的各自热膨胀系数之间的很大差别而使得纵向肋片(2、3)绕其自身旋转，使波导管(1)的短边(4、5)变形，其中执行器可以由支架对(8-9、10-11)组成。本发明的主要优点是，通过机械装置，能够确保具有潜在高热膨胀系数的波导管中的相位稳定性，并且经受较大的温度变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于波导管的机械式补偿设备。更准确地，本发明提供了一种解决方案，该解决方案使用一种技术来确保因温度变化而发生膨胀和收缩的波导管中的相位稳定性。
背景技术
具体地，对于集成在例如航天仪器中并且包括通常称为歧管的特定波导管的复用器-解复用器(或Omux)的情况，温度变化会很大。这些歧管典型地由铝制成，其热膨胀系数(CTE)等于23ppm，由这些温度变化引起的变形使得在导波中引入了相移。这些相移引起装备故障。例如，发生Omux通道失配。
为了修正这些问题，已经研发了多种技术。第一个方法包括用具有尽可能小的热膨胀系数的材料制造波导管和歧管。以InvarTM为例的材料具有可以低至0.5ppm的热膨胀系数，使它们对于温度变化的可变形性非常低。然而，出于实际的原因，尤其是因为波导管安装在通常由轻质材料制成的航天装备中，这些材料的热膨胀系数很高，例如铝，所以要寻求一种机械式补偿方案，尤其是用于操作铝制波导管。这是因为歧管的热膨胀系数与其所安装在的整个装备的热膨胀系数之间的巨大差别引起很大的机械应力。为了减小这些应力，必须平衡这些热膨胀系数。
如今，矩形截面的波导管的热膨胀能够通过在其短边施加变形得到补偿从而确保相位稳定性，这一点是公知的。一种存在的技术包括通过利用沿着与波导管的短边垂直的轴线移动的垫板零件在波导管的短边上压或拉从而使波导管变形。
然而，这些技术通常需要使用非常大的、由InvarTM(或其它的具有类似热膨胀系数的材料)制成的板，这些板与波导管的长边平行并且使它们间隔开。这些板的存在使波导管所占的空间增大。
为了减轻这种劣势，本发明提出使用由InvarTM或其它具有低热膨胀系数的材料制成的执行器，在温度变化的作用下，其使得从波导管本体切出的并与其成为一体的纵向偏轴肋片旋转，使波导管的短边变形。
发明内容
为了这个目的，本发明的主题是包括波导管的补偿波导管设备，其具有：
·第一热膨胀系数；和
·至少一个长边和至少一个短边，
所述短边具有中轴线，并且该波导管还包括至少一个具有在所述短边宽度的大约一半上至少部分地与波导管的短边重合的表面的纵向肋片，所述纵向肋片相对于波导管短边的中轴线是偏轴的并且在波导管本体中切出，所述补偿波导管设备包括，与纵向肋片接触、使所述纵向肋片绕其自身旋转的装置，使得波导管的短边变形。
有利地，所述波导管具有矩形截面并且因此包括两个短边和两个长边。
有利地，所述使纵向肋片旋转的装置包括至少一个低热可变形性元件，其具有比第一热膨胀系数更小的第二热膨胀系数。
有利地，所述第二热膨胀系数比所述第一热膨胀系数小一个至少为5的因子。
有利地，所述使纵向肋片旋转的装置包括双金属片，该双金属片至少包括具有所述第二热膨胀系数的所述低热可变形性元件和具有比所述第二热膨胀系数更大的第三热膨胀系数的辅助元件。
有利地，双金属片的所述低热可变形性元件由InvarTM制成并且双金属片的辅助元件由铝制成。
有利地，所述使纵向肋片旋转的装置包括与所述低热可变形性元件相对应的第一类型的支架对，以及具有所述第一热膨胀系数的支柱，该支柱固定至所述波导管并且置于所述支架之间。
有利地，所述支架由InvarTM制成，并且所述波导管和所述支柱由铝制成。
有利地，所述使纵向肋片旋转的装置包括具有比所述第二热膨胀系数更大的第四热膨胀系数的框架，以及第二类型的支架对，该第二类型的支架对与所述低热可变形性元件相对应并且在所述纵向肋片和所述框架之间还设有连杆。
有利地，所述装置包括两个被所述波导管的长边分开的相对的纵向肋片和两个支架对，这两个支架对是连接至所述纵向肋片端部的第二类型的支架对。
有利地，所述支架对由InvarTM制成，所述框架由铝或钛制成，所述波导管由铝或钛制成。
有利地，所述支架对由钛制成，所述框架和所述波导管由铝制成。
附图说明
通过以下描述并且参照附图，本发明的其它特征和优点将变得明朗，其中附图示出了：
图1：示出85℃时为确保波导管中的相位稳定性而施加给铝制波导管的变形的曲线图；
图2a：示出标称温度(无变形)时本发明原理的图；
图2b：示出高温(波导管变形)时本发明原理的图；
图3a：标称温度(无变形)时本发明的设备的一个例子的示意图；
图3b：本发明的设备的一个例子的示意图，突出了由肋片绕其自身的旋转引起的波导管的变形；
图4：示出本发明的设备的另一个例子的图。
具体实施方式
图1示出了为确保铝制矩形截面波导管中的相位稳定性而施加给其短边的变形的模拟。为了简化内容，设想一种等腰梯形的变形曲线，其较短底边称为平坦曲线。因此，为了理论上的理想补偿，图1所示曲线代表了根据85℃时的平坦曲线的尺寸对于20℃至85℃之间的温度施加给短边的变形的总和。最坏的情况是，对应于零平坦曲线，即三角变形，会强加142μm的总补偿，即每个短边上71μm。实践中，由于取而代之的是变形是弯曲的，在两个短边上补偿需求典型地为大约50μm。由于有了下文所述的机械式补偿设备，能够实现这种变形。
图2a示出了标称温度时本发明的设备的图，其中没有变形。波导管1具有矩形截面，包括两个长边6和7以及两个短边4和5。此外，两个纵向肋片2和3在波导管1的本体中切出并与其成为一体。这些纵向肋片2和3具有在波导管短边宽度的大约一半上与波导管1的各个短边4和5重合的表面。它们也相互平行并且相对于短边4和5的中轴线是偏轴的。
图2b示出本发明的设备在受热时的状态。其原理包括通过纵向肋片2和3的旋转，使得波导管的短边4和5变形。
为了使得这些纵向肋片2和3旋转，例如，可以使用以双金属片为例的执行器。这些典型地包括两张板，其材料具有完全不同的热膨胀系数，例如InvarTM和铝。在温度变化的作用下双金属片变形，并且，如果正确地定位为与纵向肋片接触则使其旋转。然而，也可以采用其它优选装置，如下文所描述的那些。
图3a和3b解释了能够如何使得纵向肋片旋转。
图3a示出安装在任一Omux(未完全示出)上的设备，其中框架12典型地由铝制成。两个纵向肋片2和3的每个端部都通过由具有低热膨胀系数的材料如InvarTM制成的支架8、9、10和11连在Omux的框架12上。一方的支架8和9与另一方的支架10和11在框架上的公共底座上连在一起，该框架由与所述支架相同的材料制成。这样，无论温度是多少，支架内的间隔实际上为恒值。相反地，当温度上升或下降时，波导管1会膨胀或收缩，因为其由具有高热膨胀系数的材料如铝制成。
因此，如作为图3a所示波导管1的一个区域的放大图的图3b所示，当波导管1膨胀时，因为一方的支架8和9与另一方的支架10和11之间的间隔为恒值，所以，施加在支架8、9、10和11上的张力和压力传递给肋片2和3，这些肋片就绕其自身旋转并且使波导管1的短边4和5变形。
通过使波导管1的短边4和5变形，就可以机械地补偿由波导管的膨胀引入的相移。其原理是调节波导管1的电长度，从而校正由其膨胀引入的相移。
图4示出本发明的另一个例示性实施例。更准确地，图4是示出本发明的补偿波导管的截面的图。在温度有变化时，典型地由InvarTM制成的支架13和14与典型地由铝制成的支柱15/波导管1组件之间的热弹性差值使得肋片2和3绕其自身旋转。因为波导管和支柱15具有更高的热膨胀系数，所以它们实际上会收缩或膨胀得比支架13和14更多得多。因此，会产生张力和压力并且使得肋片2和3旋转。因此，肋片2和3会使波导管1的短边4和5变形。通过正确地调节该变形，设备保证波导管1中的相位稳定性。
总而言之，本发明的主要优点是，通过机械装置，能够确保具有潜在高热膨胀系数的波导管中的相位稳定性，并且经受较大的温度变化。
Claims (11)
1.一种包括波导管的补偿波导管设备，波导管具有：
第一热膨胀系数；和
至少一个长边和至少一个短边，
所述短边具有中轴线，并且所述波导管还包括至少一个具有在所述短边宽度的大约一半上至少部分地与所述波导管的短边重合的表面的纵向肋片，所述纵向肋片相对于波导管短边的中轴线是偏轴的并且在波导管本体中切出，其中，所述补偿波导管设备包括，与纵向肋片接触、使所述纵向肋片绕其自身旋转的装置，使得波导管的短边变形，其中，所述使纵向肋片旋转的装置包括至少一个低热可变形性元件，其具有比所述第一热膨胀系数更小的第二热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述波导管具有矩形截面并且因此包括两个短边和两个长边。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二热膨胀系数比所述第一热膨胀系数小一个至少为5的因子。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述使纵向肋片旋转的装置包括双金属片，该双金属片至少包括具有所述第二热膨胀系数的所述低热可变形性元件和具有比所述第二热膨胀系数更大的第三热膨胀系数的辅助元件。
5.如权利要求4所述的设备，其中，双金属片的所述低热可变形性元件由InvarTM制成并且双金属片的辅助元件由铝制成。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述使纵向肋片旋转的装置包括由所述低热可变形性元件构成的第一类型的支架对，以及具有所述第一热膨胀系数的支柱，该支柱固定至波导管并且置于所述支架之间。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述支架由InvarTM制成，并且所述波导管和所述支柱由铝制成。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述使纵向肋片旋转的装置包括具有比所述第二热膨胀系数更大的第四热膨胀系数的框架，以及第二类型的支架对，该第二类型的支架对由所述低热可变形性元件构成并且在所述纵向肋片和所述框架之间还设有连杆。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述设备包括两个被波导管的长边分开的相对的纵向肋片和两个支架对，这两个支架对是连接至所述纵向肋片端部的第二类型的支架对。
10.如权利要求8所述的设备，其中，所述支架对由InvarTM制成，所述框架由铝或钛制成，所述波导管由铝或钛制成。
11.如权利要求8所述的设备，其中，所述支架对由钛制成，所述框架和所述波导管由铝制成。
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