CN105811051B - 一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，包括传动轴，套于传动轴外的波导外壁，在波导外壁上设有用于穿过传动轴的且相互呈阶梯状的第一圆孔和第二圆孔，第一圆孔的直径小于第二圆孔；还包括套于传动轴外且位于第二圆孔内与波导外壁紧密接触的介质片，其中，传动轴与波导外壁、介质片不接触，存在间隙。本发明不受四分之一波长长度的限制，使得扼流装置的设计更加灵活，可根据实际要求优化选择合适的轴向和径向长度；在径向波导阻抗段中采用介质填充，有效地减小了波导波长，从而使得阻抗变换所需的长度减小，使得扼流装置可以进一步小型化；结构非常简单，易于加工实现，适用于对体积尺寸要求非常严格的扼流场合。

Description

一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置
技术领域
本发明属于微波传输领域，特别是微波的防漏装置领域，具体涉及一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置。
背景技术
扼流装置是避免微波外泄的一种装置。目前，扼流装置广泛地应用于微波天馈系统的交连、各类机械扫描雷达中的旋转关节、非接触式短路活塞、家用微波炉等场合，是微波工程的关键性器件。人们依据实际应用需要，已经设计了各式各样的扼流装置，比较典型的包括微波加热扼流[陈少平，开口式微波加热器的研究，现代电子技术，2006(7)]、带扼流结构的天线[Xiang-YU Cao，Analysis of Coaxial Multimode Horn of Two Chokes，IEEE1998]、双通道组合旋转关节[王群杰等，双通道组合旋转关节的设计，火控雷达技术，2006]、同轴式旋转关节[居军，门钮式波导-同轴交连的工程设计，微波学报，Vol 19 No.4，Dec 2003]、圆波导式旋转关节[朱乙平，大功率圆波导旋转交链的设计与仿真研究，雷达与对抗，2006]、微带耦合式旋转关节等。
目前，随着机电一体化的发展和深入，已越来越多的出现传动轴进入波导中的情况。在这种情况下，为了保证传动轴的良好转动，它与波导壁之间必然留有缝隙。这些缝隙会导致微波泄漏，同时会对波导的驻波、损耗和功率容量等性能造成影响。因此，设计一种可用于波导中传动轴的扼流装置具有重要的意义。然而，前述所有扼流装置均不适用于波导中传动轴结构。
目前，可应用于波导中传动轴的扼流装置为：专利号为ZL200910252877.9的“一种用于导波系统中传动轴的小型宽带扼流器”发明专利。该发明专利使用两个四分之一波长段折迭的方法实现扼流的目标，具体做法为：扼流装置内壁和传动轴之间的间隙形成一个四分之一波长低特性阻抗段，扼流装置的内壁和外壳之间的间隙形成一个四分之一波长高特性阻抗段；高特性阻抗段在扼流装置外壳顶部形成短路，短路点经两个四分之一波长段变换后，在传动轴与导波系统的交界面处形成电短路(实际上并未接触)，来抑制微波泄漏。这种扼流装置可以解决波导中引入传动轴后，传动轴入口处可能造成的微波泄漏问题，具有体积较小、能量泄漏较少的特点。但是，这种扼流装置由于四分之一波长长度的限制和特性阻抗段阻抗的要求，其轴向尺寸和径向尺寸都很难减小，导致在一些体积尺寸要求非常严格的扼流场合无法得到应用；另外，在微波高频段应用场合下，该扼流装置的相关元件尺寸需要成比例缩小，过小的尺寸使得加工实现变得非常困难。因此，克服以上不足，研究一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，解决波导中引入传动轴后，传动轴入口处的微波泄漏问题，具有体积超小、易于加工实现、能量泄露少的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，包括传动轴，套于传动轴外的波导外壁，在波导外壁上设有用于穿过传动轴的且相互呈阶梯状的第一圆孔和第二圆孔，第一圆孔的直径小于第二圆孔；还包括套于传动轴外且位于第二圆孔内与波导外壁紧密接触的介质片，其中，传动轴与波导外壁、介质片不接触，存在间隙。
为了使介质片的位置固定，本发明还包括套于传动轴外并与介质片和波导外壁紧密接触的底座，且传动轴与底座不接触，存在间隙。
在波导外壁的内壁和传动轴之间以及波导外壁和底座之间完全由介质片填充且填充后介质片与传动轴间隙配合。
具体地，所述传动轴与波导外壁、介质片、底座的中轴线重合。
进一步地，所述底座呈台阶状，所述底座包括一次成型的上部和法兰，所述上部与介质片紧密接触，所述法兰与波导外壁紧密接触且与波导外壁固定。
作为优选，所述介质片和底座的内径不小于第一圆孔的直径，介质片和上部的外直径不大于第二圆孔的直径。
作为优选，所述介质片由绝缘介质制成；所述波导外壁的内壁、传动轴的外表面以及底座的内表面均由金属材料制成，或与介质片的内表面、上表面、下表面接触的波导外壁和底座的对应表面均由金属材料制成，介质片的内表面、上表面和下表面设有金属材料涂层。
另外，波导外壁的外形与实际应用环境相适应，介质片可根据需要向轴向折弯。这样便于扼流装置与微波传输系统的实际情况适应。
本发明的工作原理是：波导外壁的内壁和传动轴之间的间隙形成一定长度的同轴波导阻抗段，波导外壁和底座之间的介质片形成一定长度的径向波导阻抗段；径向波导阻抗段在介质片的外壁处形成短路，短路点经径向波导阻抗段和同轴波导阻抗段变换后，在间隙的一定位置处形成电短路(实际上并未接触)，来抑制微波泄漏。
本发明的有益效果为：
本发明同轴波导阻抗段和径向波导阻抗段的长度均不受四分之一波长长度的限制，使得扼流装置的设计更加灵活，可根据实际要求优化选择合适的轴向和径向长度；在径向波导阻抗段中采用介质片填充，有效地减小了波导波长，从而使得阻抗变换所需的长度减小，使得扼流装置可以进一步小型化；扼流装置只由波导外壁、介质片、底座构成，且其结构非常简单，易于加工实现，适用于对体积尺寸要求非常严格的扼流场合，特别是微波高频段应用场合。
附图说明
图1为本发明-实施例的剖视结构示意图。
图2为本发明-实施例的用于带有传动轴的一径向线馈电系统的剖视结构示意图。
图3为本发明-实施例的用于带有传动轴的一径向线馈电系统中一个泄漏口的泄露能量图。
其中，附图中标记对应的零部件名称为：
1—波导外壁，2—第一圆孔，3—第二圆孔，4—传动轴，5—介质片，6—底座，6a—上部，6b—法兰，7—径向线馈电系统，7a—顶板，7b—底板，8—耦合探针底座，9—输出同轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，包括传动轴4、波导外壁1、圆筒形介质片5、底座6，在波导外壁1中部设有两个相互呈阶梯状的第一圆孔2和第二圆孔3，其中第一圆孔2的直径小于第二圆孔3，传动轴4穿过第一圆孔2和第二圆孔3，圆筒形介质片5套于传动轴4外并位于第二圆孔3内与波导外壁1紧密接触，底座6套于传动轴4外并与介质片5和波导外壁1紧密接触。
在本实施例中，底座6包括一次成型的上部6a和法兰6b，上部6a和法兰6b呈台阶状，上部6a用于与介质片5紧密接触，法兰6b用于与波导外壁1紧密接触且与波导外壁1固定，介质片5和底座6的内径与第一圆孔2的外径相同，介质片5和上部6a的外径、第二圆孔3的外径相同，传动轴4不与波导外壁1、介质片5、底座6相接触，且传动轴4与波导外壁1、介质片5、底座6的中轴线重合。
本实施例的波导外壁1、传动轴4、底座6均由金属制成，介质片5由95％氧化铝陶瓷制成，相对介电常数取为9.0。
本实施例的波导外壁1的外形与实际应用环境相适应。
图2为本实施例用于带有传动轴的一径向线馈电系统的剖视结构示意图，图中仅表示其中一个耦合出口的结构：微波在径向线馈电系统7中传输，此径向线馈电系统7由顶板7a和底板7b构成；在径向线馈电系统7中，圆柱形耦合探针底座8与底板7b连为一体；由电机带动的传动轴4穿过馈电系统7与输出同轴9的外壁构成耦合出口，由此耦合出口输出微波；在传动轴4与耦合探针底座8的交接处，使用本实施例的扼流装置。扼流装置中的波导外壁1即为耦合探针底座8的内部部分，介质片5、底座6依次放入波导外壁1的圆孔内，并且紧密接触，底座6固定在底板7b上。
当微波工作频率为12.5GHz时，本实施例的具体尺寸为：传动轴4直径2.5mm；波导外壁1的内径(即第一圆孔2的外径)3mm，高1.5mm；介质片5的内径3mm，外径8mm，高1.5mm；底座6的内径3mm，上部6a的外径8mm。
如图3所示，数值模拟结构表明：本实施例在径向线馈电系统需要的频带范围内(11.8-13.1GHz)泄漏损耗小于-30dB，扼流装置本身造成的集中场强远小于径向线馈电系统内的场强，因此不影响整个馈电系统的功率容量。这说明该扼流装置在10.4％的相对带宽内具有良好的抑制微波泄漏的能力，且其径向直径仅为8mm，轴向所需长度仅为3mm，具有超小型的特点。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，其特征在于，包括传动轴，套于传动轴外的波导外壁，在波导外壁上设有用于穿过传动轴的且相互呈阶梯状的第一圆孔和第二圆孔，第一圆孔的直径小于第二圆孔；还包括套于传动轴外且位于第二圆孔内与波导外壁紧密接触的介质片，其中，传动轴与波导外壁、介质片不接触，存在间隙；还包括套于传动轴外并与介质片和波导外壁紧密接触的底座，且传动轴与底座不接触，存在间隙；在波导外壁的内壁和传动轴之间以及波导外壁和底座之间完全由介质片填充且填充后介质片与传动轴间隙配合。
2.根据权利要求1所述的一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，其特征在于，所述传动轴与波导外壁、介质片、底座的中轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，其特征在于，所述底座呈台阶状，所述底座包括一次成型的上部和法兰，所述上部与介质片紧密接触，所述法兰与波导外壁紧密接触且与波导外壁固定。
4.根据权利要求3所述的一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，其特征在于，所述介质片和底座的内径不小于第一圆孔的直径，介质片和上部的外径不大于第二圆孔的直径。
5.根据权利要求1所述的一种用于波导中传动轴的超小型扼流装置，其特征在于，所述介质片由绝缘介质制成；所述波导外壁的内壁、传动轴的外表面以及底座的内表面均由金属材料制成，介质片的内表面、上表面和下表面设有金属材料涂层。
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