CN102637923A - 免调试圆波导螺钉圆极化器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种免调试圆波导螺钉圆极化器，在圆柱形波导腔体的金属壁上，设有同弧固联在所述圆柱形波导体上的整体凸台安装板，该凸台安装板上设有高度按正弦分布，间隔排列在所述凸台平面上的螺钉组调相元件，且每个制有螺钉组调相元件的整体凸台安装板，均在径向上对称地向着圆柱形波导中心线，从而构成圆波导圆极化器。本发明利用径向对称整体凸台安装板上按正弦分布，间隔排列的螺钉组调相元件结构实现微波线极化到圆极化的转换，结构简单，损耗小，功率容量较大。整个螺钉组结构可以通过易于保证加工精度，加工一致性好的整体凸台安装板一体化加工完成，解决了毫米波高性能圆极化器对加工公差要求非常苛刻，人工调试难度大的问题。

Description

免调试圆波导螺钉圆极化器

技术领域

本发明是关于一种新型结构的毫米波圆波导圆极化器，特别适用于毫米波段设计和加工高精度、高性能的圆波导圆极化器。

背景技术

随着卫星通信、遥控遥测技术的发展,雷达应用范围的扩大,以及高速目标在各种极化方式和气候条件下跟踪测量的需要,单一极化方式已很难满足电子设备的要求,圆极化天线的应用就显得十分重要。因此，在卫星通信，地面微波无线电通信，雷达天线以及射电天文望远镜等天线系统中，通常采用圆极化器，实现线/圆极化转换。由于圆极化器是圆极化天线系统中实现极化变换的关键部件，在过去的几十年里,圆极化器一直是微波天线领域热点研究内容之一。目前已成功应用的圆极化器的种类主要有铁氧体型、微带型和波导型。铁氧体圆极化器需要激励器和控制电路,相对较为复杂；微带圆极化器虽然体积小，但损耗大、工作频带窄、功率容量小；波导圆极化器相对而言结构简单，损耗小且功率容量较高。

圆波导圆极化器有很多形式，目前常用的圆波导圆极化器有螺钉型圆波导圆极化器和介质插片式圆极化器。传统螺钉型圆波导圆极化器是在圆波导壁上开一系列螺钉孔，并在螺钉孔处加装金属螺钉作为调相元件。由于结构原因，该圆极化器不能实现一体化加工，因此加工公差无法保证，需要通过人工调试的手段进行逐个调试，调试工作量巨大，不便于安装与批量生产。在毫米波段，由于调相螺钉的结构微小，对公差的要求非常苛刻，很难通过调试来达到设计公差要求。因此，在毫米波段，传统的螺钉型圆波导圆极化器无法实现高性能，通常在低频段使用。

介质插片式圆波导圆极化器是在圆波导内插入一块加工成一定形状的介质板，介质板作为实现圆极化的调相元件，通常也是在低频段采用。在毫米波段，介质板型圆波导圆极化器对介质板的材料特性、介质板的加工精度以及装配精度要求非常高，实际应用和操作中很难满足，同时介质板型圆波导圆极化器的环境适应性差，不能在一些高冲击、高低温环境中使用。

因此，在毫米波段传统的圆波导圆极化器形式不再适合，研制高性能的毫米波圆波导圆极器是目前工程应用中面临的一个难题。

发明内容

本发明的任务是针对传统圆波导圆极化器在毫米波段加工公差难于保证、调试工作量大，不易达到高性能要求等问题，提供一种结构简单、无需调试，易于保证加工精度，加工一致性好，能够一体化加工完成，适用于毫米波段的高性能新型圆波导圆极化器。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种免调试圆波导螺钉圆极化器，包括，一个将金属螺钉作为调相元件的圆柱形波导，其特征在于，在所述圆柱形波导腔体的金属壁上，设有同弧固联在所述圆柱形波导体上的整体凸台安装板，该凸台安装板上设有高度按正弦分布，间隔排列在所述凸台平面上的螺钉组调相元件，且每个制有螺钉组调相元件的整体凸台安装板，均在径向上对称地向着圆柱形波导1中心线，从而构成圆波导圆极化器。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明将制有螺钉组调相元件的整体凸台安装板，径向对称向着圆柱形波导1中心线，构成了一种新型结构的圆波导圆极化器。该圆极化器波导内不需增加任何金属片或者介质插片, 利用径向对称整体凸台安装板上按正弦分布，间隔排列的螺钉组调相元件结构实现微波线极化到圆极化的转换，结构简单,损耗小且该圆极化器驻波比较小,功率容量较大。整个螺钉组结构可以通过易于保证加工精度，加工一致性好的整体凸台安装板一体化加工完成，加工完成的整体凸台安装板螺钉组调相元件无需调试，进而可以避免毫米波段圆波导圆极化器对加工公差要求非常苛刻，人工调试难度大的问题，而且非常利于批量生产和适合工程应用，解决了研制毫米波段高性能圆波导圆极化器的难题。

附图说明

图1是本发明免调试圆波导螺钉圆极化器的透视结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是图1一个整体凸台安装板调相元件的B向俯视图。

图中：1圆柱形波导，2螺钉组，3整体凸台安装板，4金属板凸台，5金属螺钉。 

具体实施方式

参阅图1和图2。图1描述了一个将金属螺钉作为调相元件的圆柱形波导1，圆波导内放置两排双向对称在所述圆柱形波导1腔体金属壁上的金属整体凸台安装板3，构成了本发明金属螺钉圆波导圆极化器的一个最佳实施例。

在圆柱形波导1金属壁上制有在径向上对称地向着圆柱形波导1中心线的凹槽，凹槽为装配图3所示在圆柱形波导（1）金属壁上制有在径向上对称地向着圆柱形波导（1）中心线的凹槽，凹槽是为装配所述金属整体凸台安装板（3）整体构件，形状、大小一致的互补结构的纵向槽。整体凸台安装板3外侧面是与上述圆柱形波导体同弧的。整体凸台安装板3和其上设置的调相元件是通过一次加工完成的整体件，伸入进圆柱形进波导1内腔，因此具有非常高的加工精度。整体凸台安装板3和其上设置的调相元件是通过圆柱圆波导1凹槽交界面同弧焊接在一起的。通过减小金属板凸台4的尺寸和将两端设计成渐变结构可以减小凸台不连续性引起的反射，实际上由于金属板凸台4平台上表面突出波导内腔的高度很小，其引起的反射可以忽略不计。

图3所示整体凸台安装板3的凸台平面上间隔排列的螺钉组2是调相元件。整体凸台安装板3上的调相元件均在径向上对称地向着圆柱形波导1中心线安装，该整体凸台安装板3上设有高度按正弦分布，间隔排列在所述凸台平面上的螺钉组2构成调相元件。金属螺钉5是对调相量贡献最大的部分。金属螺钉5的形状可以是方柱、圆柱等结构形式，依照普遍采用的设计原则螺钉组2的高度分布可以通过调整金属板凸台4平台和金属螺钉5的高度尺寸，可以实现正弦分布。换言之，通过优化金属螺钉5的高度可以实现匹配和形成圆极化。

当入射或接收的线极化波与螺钉组2金属螺钉5所在平面成45°夹角时，线极化波分解为与金属螺钉5所在平面平行和垂直的两个正交分量。对于平行分量的电场来说，螺钉呈容性，使其相位滞后；而对垂直分量的电场来说螺钉呈感性，使其相位超前。控制金属螺钉5插入深度和螺钉的个数，可以使两个正交分量的相位差90°，从而实现线/圆极化转换。为了使螺钉移相器与波导匹配，金属螺钉5的插入深度是渐变的，可以是中间最深，两边最浅，也可以是中间最高，两边最浅，采用正弦分布实现匹配和良好的圆极化性能。

以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实施例所描述的是仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，比如将本发明的圆柱形波导1金属壁上在径向上对称向着圆柱形波导1中心线的金属螺钉移相器可以是两个以上等分分布的结构形式，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种免调试圆波导螺钉圆极化器，包括，一个将金属螺钉作为调相元件的圆柱形波导，其特征在于，在所述圆柱形波导腔体的金属壁上，设有同弧固联在所述圆柱形波导体上的整体凸台安装板，该凸台安装板上设有高度按正弦分布，间隔排列在所述凸台平面上的螺钉组调相元件，且每个制有螺钉组调相元件的整体凸台安装板，均在径向上对称地向着圆柱形波导（1）中心线，从而构成圆波导圆极化器。

2.如权利要求1所述的免调试圆波导螺钉圆极化器，其特征在于，在圆柱形波导（1）金属壁上制有在径向上对称地向着圆柱形波导（1）中心线的凹槽，凹槽是为装配所述金属整体凸台安装板（3）整体构件，形状、大小一致的互补结构的纵向槽。

3.如权利要求1所述的免调试圆波导螺钉圆极化器，其特征在于，整体凸台安装板（3）和其上设置的调相元件是通过圆柱圆波导（1）凹槽交界面同弧焊接在一起的。

4.如权利要求1所述的免调试圆波导螺钉圆极化器，其特征在于，螺钉组（2）的高度分布通过调整金属板凸台（4）平台和金属螺钉（5）的高度尺寸实现正弦分布。

5.如权利要求1所述的免调试圆波导螺钉圆极化器，其特征在于，为了使螺钉移相器与波导匹配，金属螺钉（5）的插入深度是渐变的，中间最深，两边最浅，或中间最高，两边最浅，采用正弦分布实现匹配并形成圆极化。

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