CN106025449A - 一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法 - Google Patents

一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法，同轴内导体穿过波导的位置位于波导宽边的中心，顶部短路块和底部短路块为圆弧形，其内表面与波导宽边相切；顶部短路块和底部短路块分别与顶部外圆环和底部外圆环相紧靠；顶部外圆环和底部外圆环分别深入输出波导和输入波导部分的头部倒角；顶部同轴外导体和底部同轴外导体分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角；使用多个密封圈和密封垫实现整体结构气密；整体结构关于转动中心对称，从而使顶部同轴外导体、底部同轴外导体可以被其他铰链嵌套在内；同轴内导体内部可以嵌套其他铰链；同时移动底部外圆环、底部内圆环、顶部外圆环和顶部内圆环作为调试手段。

Description

一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法
技术领域
本发明属于雷达天馈线技术领域，特别涉及多通道嵌套高功率微波旋转铰链技术。
背景技术
各类机械扫描雷达为了搜索目标、跟踪目标，其天线必须随时旋转。微波旋转铰链能够完成天线旋转时微波信号传输。根据微波旋转铰链的转动作用，可分为方位微波旋转铰链，纵摇微波旋转铰链，横摇微波旋转铰链。根据铰链传输通道的数量，可分为单通道微波旋转铰链，双通道微波旋转铰链，多通道微波旋转铰链。微波旋转铰链是雷达系统的关键部件，绕轴向360。转动时，要求微波信号能够稳定、低损耗通过。多功能机械扫描雷达利用多通道微波旋转铰链，同时传输多路信号，能够完成多种任务，而小型化多功能机械扫描雷达对多通道微波旋转铰链的尺寸提出了更高的要求，尺寸更小的多通道微波旋转铰链是研究的重点。多通道微波旋转铰链的结构可分为堆积式、嵌套式、混合式。堆积式多通道微波旋转铰链采用多个单通道微波旋转铰链层层堆砌，嵌套式多通道微波旋转铰链采用多个单通道微波旋转铰链环环嵌套，混合式多通道微波旋转铰链既使用堆积式结构，又使用嵌套式结构。多个单通道微波旋转铰链以嵌套式结构组成多通道微波旋转铰链，轴向尺寸最小。研究可嵌套或可被嵌套的单通道微波旋转铰链是设计轴向尺寸小的多通道微波旋转铰链的关键技术。
高功率微波旋转铰链大功率通道一般采用专利“一种大功率超宽带双路旋转饺链的实现方法”(ZL200910120083.7)中的大尺寸门钮作为模式变换器实现波导-同轴模式的转换。但雷达威力的提高对微波旋转铰链的耐功率指标提出了更高的要求，超出大尺寸门钮作为模式变换器的旋转铰链的功率容量。本发明为了提高微波旋转铰链耐功率，采用了两种方法：1、设计耐功率更高的变换器2、将微波旋转铰链设计为气密结构，充入惰性气体。
本发明涉及的一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链，同轴内导体穿过波导宽边的位置位于波导宽边的中心，整体结构对称，适合组成多通道嵌套式微波旋转铰链。本发明涉及的一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链累积制造公差对其性能影响较大，因此设计多种调试方法修正累积制造公差的影响，并针对调试方法进行气密性设计。
发明内容
本发明涉及的一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法，主要用于解决大尺寸门钮作为模式变换器的旋转铰链功率容量不够高的问题，以及解决使用多种调试手段修正该铰链产品累积制造公差的问题，同时本发明适合组成多通道嵌套式微波旋转铰链。本发明中同轴内导体穿过波导宽边的位置处于波导宽边中心，整体结构对称，适合组成多通道嵌套式微波旋转铰链；设计了一种耐功率更高的模式变换器；设计了该铰链的多种调试方法，并针对调试方法进行了该铰链的气密性设计。本发明适合组成多通道嵌套式微波旋转铰链，并且耐功率较门扭式更高。本发明具有以下技术特点：1.同轴内导体41穿过波导的位置位于波导宽边的中心；2.顶部短路块28和底部短路块32为圆弧形，其内表面与波导宽边相切；3.顶部短路块28和底部短路块32分别与顶部外圆环7和底部外圆环16相紧靠；4.顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角R1；5.顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角R2；6.使用多个密封圈、密封垫实现整体结构气密性；7.整体结构关于转动中心对称，从而使顶部同轴外导体9、底部同轴外导体31可以被其他铰链嵌套在内；8.同轴内导体41内部可以嵌套其他铰链；9.针对该结构提出的调试方法易于装配和调试。
本发明的关键点是：
1.为了保证同轴内导体41穿过波导的位置位于波导宽边的中心，采用了圆弧形顶部短路块28和圆弧形底部短路块32，顶部短路块28和底部短路块32内表面与波导宽边相切，且顶部短路块28和底部短路块32分别与顶部外圆环7和底部外圆环16相紧靠，顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角R1，顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角R2，达到了良好的电性能指标，并且倒角的设计同时提高了耐功率指标。
2.多种调试手段配合使用，修正该型铰链产品累积制造公差。设计了可移动底部外圆环16、底部内圆环17、顶部外圆环7和顶部内圆环6，易于装配和调试。
3.针对调试方法进行了气密性设计，多处设计了密封圈或密封垫，实现整体结构气密性。
4.整体结构关于转动中心对称，顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31可以被其他铰链嵌套在内。
5.同轴内导体41内部可以嵌套其他铰链。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1.设计了一种耐功率更高的模式变换器，底部模式变换器由底部外圆环16、底部内圆环17和底部短路块32组成，顶部模式变换器由顶部外圆环7、顶部内圆环6和顶部短路块28组成，耐功率较大尺寸门钮变换器显著提高，同时同轴内导体41穿过波导的位置位于波导宽边的中心，使得整体结构关于转动中心对称，顶部同轴外导体和底部同轴外导体可以被其他铰链嵌套在内，同轴内导体内部可以嵌套其他铰链。这对于组成轴向尺寸小、耐功率高的多通道微波旋转铰链具有重要意义。
2.采用了圆弧形顶部短路块28和底部短路块32，顶部短路块28和底部短路块32内表面分别与波导宽边相切，且顶部短路块28和底部短路块32分别与顶部外圆环7和底部外圆环16相紧靠，顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角R1，顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角R2，达到了良好的电性能指标。
3.顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角R1，顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角R2，提高了耐功率指标。
4.整体结构气密，进一步提高了微波旋转铰链的耐功率指标。
5.底部外圆环16、底部内圆环17、顶部外圆环7和顶部内圆环6等多个零件的灵活设计，使装配和调试简便。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链图。其中，1-输出波导，2-输入波导，3-顶部盖板，4，5，8，10，12，15，18，19-密封圈，6-顶部内圆环，7-顶部外圆环，9-顶部同轴外导体，11,13-外轴承，14-外扼流槽，16-底部外圆环，17-底部内圆环，20，23–密封垫，21-底部盖板，22-顶部端盖，24，37-套筒，25，26，35,36-调整垫圈，27-顶部波导座，28-顶部短路块，29-卡座，30-固定法兰，31-底部同轴外导体，32-底部短路块，33-内扼流槽，34-底部波导座，38-内轴承，39-底部衬套，40-底部端盖，41-同轴内导体。R1-顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角，R2-顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角，H1-顶部外圆环7、底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2内的高度，W-顶部外圆环7、底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2内的厚度,H2-顶部内圆环6和底部内圆环17分别到顶部外圆环7和底部外圆环16的距离。Φ1-同轴内导体直径，Φ2-同轴外导体直径，Φ3-顶部外圆环7、底部外圆环16内径，H-输入波导2和输出波导1之间距离,b-输入和输出波导窄边长度。
图2是底部和顶部短路块分别在输入和输出波导内位置示意图。其中，28-顶部短路块，32-底部短路块，7-顶部外圆环，16-底部外圆环，41-同轴内导体。a-输入和输出波导宽边长度。
具体实施方式
本发明涉及的一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链及实现方法，具体实施方式如下(参见附图)：
1.在同轴线特性阻抗Z0为40-60Ω的前提下，确定同轴内、外导体直径Φ1、Φ2，满足Z0＝60ln(Φ1/Φ2)，为保证同轴内导体足够的刚性，一般同轴内导体直径Φ1≥5mm。为有效降低高次模，必须使工作频率范围内的最小工作波长满足λmin＞π(Φ1+Φ2)/2。输入波导和输出波导之间距离H根据轴承空间及安装位置综合设计，尺寸为1.5λ～2λ。外扼流槽14、内扼流槽33为深度为λ/4的双槽组成，λ为铰链中心频率的波长。
2.同轴内导体穿过波导的位置位于波导宽边的中心，顶部短路块28和底部短路块32为圆弧形，其内表面与波导宽边相切，顶部短路块28和底部短路块32分别与顶部外圆环7和底部外圆环16相紧靠，顶部外圆环7和底部外圆环16内径Φ3＝1.2～1.5Φ2，顶部外圆环7、底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2内的厚度W＝0.05～0.2Φ3,顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2部分的头部倒角R1＝0.2～0.5W,顶部同轴外导体9和底部同轴外导体31分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角R2＝0.1～0.2Φ2，顶部端盖22与同轴内导体41之间，顶部端盖22与套筒24之间，顶部波导座27与套筒24之间，卡座29与顶部同轴外导体9之间，卡座29与底部同轴外导体31之间，底部波导座34与套筒37之间，套筒37与底部衬套39之间，底部衬套39与底部端盖40之间分别使用密封圈，顶部端盖22与顶部盖板3之间，底部端盖40与底部盖板21之间分别使用密封垫。同轴内导体穿过波导的位置位于波导宽边的中心，使得整体结构关于转动中心对称，顶部同轴外导体和底部同轴外导体可以被其他铰链嵌套在内，同轴内导体内部可以嵌套其他铰链。这对于组成轴向尺寸小、耐功率高的多通道微波旋转铰链具有重要意义。整体结构气密，进一步提高了微波旋转铰链的耐功率指标。
3.顶部外圆环7和底部外圆环16分别深入输出波导1和输入波导2内的高度H1＝0.2～0.4b，顶部内圆环6和底部内圆环17分别到顶部外圆环7和底部外圆环16的距离H2＝0.9～1.2b。使用仿真软件优化设计，在X波段，10％带宽内驻波比达到1.1以下，插入损耗达到0.15dB以下。
4.该型铰链加工完成后，同时移动底部外圆环16、底部内圆环17、顶部外圆环7和顶部内圆环6作为调试手段，底部外圆环16与底部波导座34之间，顶部外圆环17与顶部波导座27之间分别使用调整垫圈35，26调节距离H1，底部外圆环16与底部内圆环17之间，顶部外圆环7与顶部内圆环6之间分别使用调整垫圈36,25调节距离H2。上述多个零件的灵活设计，使装配和调试简便。

Claims (3)

1.一种适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链，其特征为：同轴内导体穿过波导的位置位于波导宽边的中心，顶部短路块和底部短路块为圆弧形，其内表面与波导宽边相切，顶部短路块和底部短路块分别与顶部外圆环和底部外圆环相紧靠，顶部外圆环和底部外圆环分别深入输出波导和输入波导部分的头部倒角，顶部同轴外导体和底部同轴外导体分别与输出波导和输入波导连接的位置倒角，顶部端盖与同轴内导体之间，顶部端盖与套筒之间，顶部波导座与套筒之间，卡座与顶部同轴外导体之间，卡座与底部同轴外导体之间，底部波导座与套筒之间，套筒与底部衬套之间，底部衬套与底部端盖之间分别使用密封圈，顶部端盖与顶部盖板之间，底部端盖与底部盖板之间分别使用密封垫。
2.一种根据权利要求1所述的适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链，其特征为：顶部同轴外导体和底部同轴外导体可以被其他铰链嵌套在内，同轴内导体内部可以嵌套其他铰链。
3.一种实现权利要求1所述的适合多通道嵌套气密高功率微波旋转铰链的方法，其特征为：调试时，同时移动底部外圆环、底部内圆环、顶部外圆环和顶部内圆环作为调试手段，底部外圆环与底部波导座之间设计调整垫圈调节底部外圆环深入到输入波导内的高度，顶部外圆环与顶部波导座之间设计调整垫圈调节顶部外圆环深入到输出波导内的高度，底部外圆环与底部内圆环之间设计调整垫圈调节底部内圆环到底部外圆环的距离，顶部外圆环与顶部内圆环之间设计调整垫圈调节顶部内圆环到顶部外圆环的距离。
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