CN105609900A - 一种小型化多通道波导开关 - Google Patents

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Abstract

一种小型化多通道波导开关，包括电磁系统和导行系统。其中导行系统中导行转子采用了包括均匀弯波导通路和非均匀直波导通路结合的方式，使得通道宽度降低，从而大大的减小了开关的体积，实现开关小型化的目的。此外本发明中非均匀直波导结构采用渐变的补偿方法，减小了不连续带来的参数恶化，并通过优化轴向扼流槽、圆周向扼流槽及极化扼流槽进行补偿，确保了微波性能的稳定。

Description

一种小型化多通道波导开关
技术领域
本发明涉及一种波导开关，特别是一种小型化多通道波导开关。
背景技术
波导开关作为一种机电一体化组件，主要用于微波信号传输路径的选择、波导传输能量的通断或通道之间切换，其广泛用作大功率输出的雷达及通讯发射机的备用转换开关，同时也广泛应用于卫星通讯系统的微波发射设备和微波测控工程中。常用来实现核心微波设备的1:1备份或微波功率信号上天线和去负载通道之间的切换，是卫星信号发射系统的关键部件之一。随着各种武器装备通信与控制信号频率的不断提升，频段增加，通道数量需求增大，多通道波导开关的需求日益增多。
波导开关一般为旋转式结构，主要由电磁系统和导行系统组成，波导开关的导行系统主要由导行定子和导行转子组成。开关通过电磁系统带动导行转子在导行定子的腔体内做有限转角的旋转，从而实现微波传输通道的切换。现有的波导开关导行通路为均匀的波导通路，因此多通路的设计会增大转子的体积，从而使开关整体体积增大，不满足宇航用产品轻量化的要求。此外，通道的数量增多会导致信号干扰增强，性能恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种小型化多通道波导开关，在实现多通道切换的基础上减小了整体体积，并采用有效补偿措施，从而实现了宇航用产品轻量化、高性能的要求。
本发明采用的技术方案为：
一种小型化多通道波导开关，包括：电磁驱动系统和导行系统，导行系统包括导行转子和导行定子。
导行转子上设有导行通路，所述导行通路包括两个均匀的90°弯波导通路以及一个渐变异型直波导通路，所述两个均匀的90°弯波导通路分别为第一弯波导通路和第二弯波导通路，且第一弯波导通路和第二弯波导通路关于渐变异型直波导通路对称分布；电磁驱动系统用于驱动导行转子在导行定子内旋转，从而实现所述导行通路与导行定子接口的导通状态的切换。
所述渐变异型直波导通路包括两端的渐变直波导和中部的均匀直波导，所述渐变直波导和均匀直波导的横截面均为矩形，渐变直波导的宽边长度固定，短边渐变，渐变直波导的短边最窄处与均匀直波导的短边对应。
所述渐变直波导的通道长度为其中，a为渐变直波导或均匀直波导的宽边长度，λ为入射波长。
渐变直波导的侧壁与均匀直波导的夹角角度为60°至85°之间。
导行转子上设有扼流槽，分别为轴向扼流槽、圆周向扼流槽和极化扼流槽，第一弯波导通路和第二弯波导通路的波导口宽边两侧共设置有八条轴向扼流槽，其中四条轴向扼流槽分别位于渐变异型直波导通路的波导口宽边与第一弯波导通路的波导口宽边之间以及渐变异型直波导通路的波导口宽边与第二弯波导通路的波导口宽边之间；剩余四条轴向扼流槽位于第一弯波导通路或第二弯波导通路的波导口宽边四分之一入射波长处；
圆周向扼流槽设置在所述第一弯波导通路的波导口窄边的外侧，且绕所述导行转子一周；
极化扼流槽为圆周向，且绕所述导行转子一周，设置在所述第一弯波导通路的波导口的窄边处。
所述轴向扼流槽及圆周向扼流槽的宽度均大于导行转子和导行定子之间间隙的倍。
所述位于渐变异型直波导通路的波导口宽边两侧的四条轴向扼流槽深度为四分之一入射波长，剩余四条轴向扼流槽与第一弯波导通路或第二弯波导通路不产生干涉。
圆周向扼流槽设置在所述第一弯波导通路的波导口窄边的外侧四分之一入射波长处。圆周向扼流槽的深度为四分之一入射波长。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用了包括均匀弯波导通路和非均匀异型直波导通路结合方式的导行系统，通道宽度降低，从而大大的减小了开关的体积，实现开关小型化的目的。
(2)本发明中非均匀直波导结构采用渐变的补偿方法，减小了不连续带来的参数恶化，并通过优化轴向扼流槽、圆周向扼流槽及极化扼流槽进行补偿，确保了微波性能的稳定。
附图说明
图1为波导开关的三维示意图；
图2为导行系统的结构示意图；
图3为导行转子通道结构示意图；
图4为本发明的导行系统工作原理示意图，其中，图4(a)～图4(d)为本发明的导行系统工作的四个状态示意图；
图5为传统的导行系统波导通路平面结构示意图；
图6为本发明的导行系统渐变异型波导通路平面结构示意图；
图7为本发明的导行转子扼流槽分布立体结构示意图；
图8为本发明的导行转子扼流槽分布平面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种小型化多通道波导开关，其导行转子上设有两个均匀的90°弯波导通路、一个非均匀的直波导通路、轴向扼流槽、圆周向扼流槽和极化扼流槽。其中非均匀直波导通路为渐变异型直波导通路，包括宽边固定窄边渐变的直波导以及一段均匀直波导。此结构渐变减小通路宽度，从而实现产品结构小型化且性能不产生恶化。此外，导行转子上设置的轴向扼流槽、圆周向扼流槽以及极化扼流槽可进一步提高开关微波参数。
如图1所示，本发明提供了一种小型化多通道波导开关，包括：电磁驱动系统1和导行系统2。
如图2所示，导行系统包括导行转子3和导行定子4。
如图3所示，导行转子3上设有导行通路，所述导行通路包括两个均匀的90°弯波导通路以及一个渐变异型直波导通路7，所述两个均匀的90°弯波导通路分别为第一弯波导通路5和第二弯波导通路6，且第一弯波导通路5和第二弯波导通路6关于渐变异型直波导通路7对称分布；电磁驱动系统1用于驱动导行转子3在导行定子4内做有限转角的旋转，第一弯波导通路5和第二弯波导通路6以及渐变异型直波导通路7与导行定子4的波导口依次连通，实现三个微波传输通道的四个状态切换(如图4中图4(a)～图4(d)所示)。
如图5所示，传统的导行转子采用均匀波导通路7’的方式，体积随通道的增多而增大。而图6所示的本发明采用的渐变异型直波导通路7包括两端的渐变直波导8和中部的均匀直波导9，渐变直波导8和均匀直波导9的横截面均为矩形，渐变直波导8的宽边长度固定，短边渐变，渐变直波导8的短边最窄处与均匀直波导9的短边对应，使得体积明显减小。
渐变异型直波导通路7的作用是减小波导通路的宽度，从而降低整个波导开关的体积。采用渐变直波导与均匀直波导段相结合的方法，是为了降低由通路不连续带来的谐波反射，降低回波损耗，提高电压驻波比性能。渐变直波导8的通道长度为其中，a为渐变直波导8或均匀直波导9的宽边长度，λ为入射波长。渐变直波导8的侧壁与均匀直波导9的夹角角度为60°至85°之间，精确数值应根据具体工作频段进一步优化，上述结构能够在工作频段内很好的实现抑制谐波反射的效果。
如图7、8所示，导行转子3上设有扼流槽，分别为轴向扼流槽10、圆周向扼流槽11和极化扼流槽12。第一弯波导通路5和第二弯波导通路6的波导口宽边两侧共设置有八条轴向扼流槽10，其中四条轴向扼流槽10分别位于渐变异型直波导通路7的波导口宽边与第一弯波导通路5的波导口宽边之间以及渐变异型直波导通路7的波导口宽边与第二弯波导通路6的波导口宽边之间；剩余四条轴向扼流槽10位于第一弯波导通路5或第二弯波导通路6的波导口宽边四分之一入射波长处，作用是抑制间隙中微波信号沿导行转子圆周方向的泄露，所述位于渐变异型直波导通路7的波导口宽边两侧的四条轴向扼流槽10深度为四分之一入射波长，剩余四条轴向扼流槽10与第一弯波导通路5或第二弯波导通路6不产生干涉，宽度均大于导行转子3和导行定子4之间间隙的4倍。
圆周向扼流槽11设置在所述第一弯波导通路5的波导口窄边的外侧四分之一入射波长处，且绕所述导行转子3一周，作用是抑制间隙中微波信号沿导行转子轴向的泄露，宽度均大于导行转子3和导行定子4之间间隙的4倍。
极化扼流槽12为圆周向，且绕所述导行转子3一周，设置在所述第一弯波导通路5的波导口的窄边处，作用是抑制由波导口未对齐而激起的同轴耦合波，深度和宽度根据泄漏频点通过仿真优化确定。
三类扼流槽相互导通，极化扼流槽12和圆周向扼流槽11被轴向扼流槽10贯通。
三类扼流槽的设置，实现了微波信号传输过程中的电气上的接触。通过补偿优化，抑制了微波泄漏，提高了隔离度。
实例：以BJ320型波导开关为例，选取轴向扼流槽10的深度为2.2mm，宽度为0.6mm。圆周向扼流槽11的深度为2.2mm，宽度为0.6mm。极化扼流槽12的深度为1mm，宽度为0.4mm。可满足隔离度大于70dB，电压驻波比小于1.03的要求。
本发明结构简单、体积小重量轻、微波传输性能较好，已成功应用于XX导航卫星工程等多个在轨卫星型号，并实现批量生产，具有重大的军事、经济和社会效益，应用前景广阔。

Claims (10)

1.一种小型化多通道波导开关，其特征在于包括：电磁驱动系统(1)和导行系统(2)，导行系统包括导行转子(3)和导行定子(4)。
导行转子(3)上设有导行通路，所述导行通路包括两个均匀的90°弯波导通路以及一个渐变异型直波导通路(7)，所述两个均匀的90°弯波导通路分别为第一弯波导通路(5)和第二弯波导通路(6)，且第一弯波导通路(5)和第二弯波导通路(6)关于渐变异型直波导通路(7)对称分布；电磁驱动系统(1)用于驱动导行转子(3)在导行定子(4)内旋转，从而实现所述导行通路与导行定子接口的导通状态的切换。
2.根据权利要求1所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：所述渐变异型直波导通路(7)包括两端的渐变直波导(8)和中部的均匀直波导(9)，所述渐变直波导(8)和均匀直波导(9)的横截面均为矩形，渐变直波导(8)的宽边长度固定，短边渐变，渐变直波导(8)的短边最窄处与均匀直波导(9)的短边对应。
3.根据权利要求2所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：所述渐变直波导(8)的通道长度为其中，a为渐变直波导(8)或均匀直波导(9)的宽边长度，λ为入射波长。
4.根据权利要求2所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：渐变直波导(8)的侧壁与均匀直波导(9)的夹角角度为60°至85°之间。
5.根据权利要求1所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：导行转子(3)上设有扼流槽，分别为轴向扼流槽(10)、圆周向扼流槽(11)和极化扼流槽(12)，第一弯波导通路(5)和第二弯波导通路(6)的波导口宽边两侧共设置有八条轴向扼流槽(10)，其中四条轴向扼流槽(10)分别位于渐变异型直波导通路(7)的波导口宽边与第一弯波导通路(5)的波导口宽边之间以及渐变异型直波导通路(7)的波导口宽边与第二弯波导通路(6)的波导口宽边之间；剩余四条轴向扼流槽(10)位于第一弯波导通路(5)或第二弯波导通路(6)的波导口宽边四分之一入射波长处；
圆周向扼流槽(11)设置在所述第一弯波导通路(5)的波导口窄边的外侧，且绕所述导行转子(3)一周；
极化扼流槽(12)为圆周向，且绕所述导行转子(3)一周，设置在所述第一弯波导通路(5)的波导口的窄边处。
6.根据权利要求5所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：所述轴向扼流槽(10)及圆周向扼流槽(11)的宽度均大于导行转子(3)和导行定子(4)之间间隙的4倍。
7.根据权利要求5所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：所述位于渐变异型直波导通路(7)的波导口宽边两侧的四条轴向扼流槽(10)深度为四分之一入射波长，剩余四条轴向扼流槽(10)与第一弯波导通路(5)或第二弯波导通路(6)不产生干涉。
8.根据权利要求5所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：圆周向扼流槽(11)设置在所述第一弯波导通路(5)的波导口窄边的外侧四分之一入射波长处。
9.根据权利要求5所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：圆周向扼流槽(11)的深度为四分之一入射波长。
10.根据权利要求5所述的一种小型化多通道波导开关，其特征在于：极化扼流槽(12)和圆周向扼流槽(11)被轴向扼流槽(10)贯通。
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