CN106450592B - 一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法，主要用于解决高功率旋转铰链抑制TE11高次模的激发问题。本发明涉及的一种基于波导分配器的高功率旋转铰链，为了提高旋转铰链的功率容量，同轴线内外径的尺寸设计使得在同轴线中除了传输TEM主模外，还可以传输TE11高次模。在旋转铰链的输入和输出端设计波导分配器，设计多阶阻抗变换段和调匹配隔板将传输信号分成两路等幅同相信号，设计金属环结构激励装置实现从矩形波导TE10模式变换为同轴线主模TEM模式，抑制TE11高次模的激发，在同轴线内导体和金属环结构之间设计扼流装置，同轴线内导体可设计一个较大的通孔以穿过多通道旋转铰链信号传输电缆，便于多通道堆积。

Description

一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法
技术领域
本发明涉及的一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法，适用于现代雷达等电子设备。本发明属于雷达天线与微波技术领域。
背景技术
雷达设备一般采用天线旋转扫描方式实现对全方位360°空域内的信息获取，在天线与信号收发装置间必须采用旋转铰链实现高功率微波信号传输，高功率微波信号传输系统为雷达等装备的重要组成部分。
旋转铰链一般采用旋转铰链输入和输出波导分别直接和旋转铰链同轴线之间模式转换实现信号传输，同轴线内外径分别为Φ1和Φ2，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，同轴线中只有主模TEM模，这种方法设计的旋转铰链同轴线内外径尺寸小，同轴线击穿电压低，因此旋转铰链功率容量小。现代雷达和电子对抗等装备威力的提高对旋转铰链的耐功率指标提出了更高要求。为了提高旋转铰链的功率容量，在同轴线特性阻抗Z0设定的前提下，同轴线内外径Φ1和Φ2设计必须尽可能大，这样同轴线中除了能传输TEM主模外，还可以传输TE11高次模，当旋转铰链输入和输出波导分别直接和旋转铰链同轴线之间模式转换实现信号传输时，因模式变换器等结构加工件的不对称性将会激发TE11高次模，TE11高次模对旋转铰链性能影响很大，必须要抑制TE11高次模的激发，保证同轴线中只有主模TEM模作为旋转铰链的工作模式。本发明涉及的一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法，主要用于解决高功率旋转铰链抑制TE11高次模的激发问题。
发明内容
本发明为一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法，主要用于解决高功率旋转铰链抑制TE11高次模的激发问题。
本发明的技术方案主要有在旋转铰链输入、输出端的波导分配器设计和实现模式变换的金属环结构激励装置设计二部分组成。
在旋转铰链的输入端1和输出端2，分别设计波导分配器，如图1和2所示。在旋转铰链的输入端1设计波导分配器和在旋转铰链的输出端2设计波导分配器是相同的，以在旋转铰链的输出端2设计波导分配器为例说明本发明的技术方案。通过旋转铰链输出端2的一段矩形波导传输信号，设计多阶阻抗变换段9和调匹配隔板12，隔离臂8连接功率负载4，将传输的信号分配成两路等幅同相的信号，分别通过输出臂10-1和10-2与弯矩形波导11-1和11-2相连接。
实现模式变换的金属环结构激励装置设计如图1、2和3所示，金属环结构激励装置主要由金属环结构5-1、5-2以及波导圆弧衔接段13组成。6是同轴线内导体，设计同轴线3内外径分别为Φ1、Φ2，为了提高旋转铰链的功率容量，在同轴线特性阻抗Z0设定的前提下，设计同轴线内外径Φ1、Φ2必须尽可能大，这样同轴线中除了传输主模TEM模外，还可以传输TE11高次模。设计金属环结构5-1和5-2的内外径分别为Φ3和Φ4，槽深L1，伸入波导内高度L2，金属环结构5-1和5-2外径Φ4大小接近于标准矩形波导宽壁，在标准矩形波导宽壁内部设计内径为Φ5的波导圆弧衔接段13，两路等幅同相的信号由弯矩形波导11-1、11-2通过金属环结构激励装置实现从矩形波导TE10模式变换为同轴线主模TEM模式，抑制TE11高次模的激发，使得同轴线(3)中只有主模TEM模作为旋转铰链的工作模式。
同轴线内导体6和金属环结构5-1相连接，金属环结构5-1和输出端2之间、金属环结构5-2和输入端1之间是相对静止的，在同轴线内导体6和金属环结构5-2之间设计有扼流装置7实现同轴线内导体6和金属环结构5-2之间的相对旋转，同轴线3外导体在旋转和相对静止部分之间设计有高频扼流装置实现旋转铰链输入端1和输出端2之间的相对旋转，同轴线内导体6可设计一个较大的通孔以穿过多路旋转铰链相邻通道信号传输电缆。
本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：在旋转铰链输入端1和输出端2设计波导分配器，将传输的信号分成两路等幅同相的信号，设计金属环结构激励装置实现从矩形波导TE10模式变换为同轴线主模TEM模式，抑制TE11高次模的激发，设计同轴线内外径Φ1和Φ2可以尽可能大，旋转铰链功率容量大，结构紧凑，便于多通道堆积。
附图说明
附图1为基于波导分配器的高功率旋转铰链主视图。其中1-旋转铰链的输入端，2-旋转铰链的输出端，3-同轴线，4-功率负载，5-1、5-2-金属环结构，6-同轴线内导体，7-扼流装置。
附图2为基于波导分配器的高功率旋转铰链局部俯视示意图。其中8-隔离臂，9-多阶阻抗变换段，10-1、10-2-输出臂，11-1、11-2-弯矩形波导，12-调匹配隔板，13-波导圆弧衔接段。
附图3为金属环结构5-1和同轴线内导体6在标准矩形波导中的位置示意图。
具体实施方式
本发明涉及的一种基于波导分配器的高功率旋转铰链及其实现方法，具体实施方式如下(参见附图)：
1、设计多阶阻抗变换段9和调匹配隔板12。根据旋转铰链的工作频段和功率容量要求，设计多阶阻抗变换段9和调匹配隔板12；
2、设计同轴线3内外径Φ1和Φ2。设计金属环结构5-1和5-2的外径Φ4大小接近于标准波导宽壁内宽度，同轴线3外径Φ2小于金属环结构5-1和5-2的外径Φ4，由同轴线特性阻抗Z0为40～60Ω，确定同轴线3内径Φ1，为了提高旋转铰链的功率容量，同轴线3内外径Φ1和Φ2的设计不满足同轴线中只传输主模TEM模的条件，即工作频率范围内的最小工作波长λmin＞π(Φ1+Φ2)/2，同轴线中除了能传输主模TEM模外，还可以传输TE11高次模；
3、设计实现模式变换的金属环结构激励装置。金属环结构5-1和同轴线内导体6在标准矩形波导中的位置设计，根据微波传输理论设计金属环结构5-1槽深L1，伸入矩形波导内高度L2，在矩形波导宽壁内部设计内径为Φ5的波导圆弧衔接段13，通过金属环结构激励装置实现从矩形波导TE10模式变换为同轴线主模TEM模式，抑制TE11高次模的激发，使得同轴线(3)中只有主模TEM模作为旋转铰链的工作模式。

Claims (2)

1.一种基于波导分配器的高功率旋转铰链，其特征在于：在旋转铰链的输入端(1)和输出端(2)分别设计波导分配器，在旋转铰链输入端(1)设计的波导分配器和在旋转铰链输出端(2)设计的波导分配器是相同的，通过旋转铰链输出端(2)的一段矩形波导传输信号，设计多阶阻抗变换段(9)和调匹配隔板(12)，隔离臂(8)连接功率负载(4)，将传输的信号分配成两路等幅同相的信号，分别通过输出臂(10-1)和(10-2)与弯矩形波导(11-1)和(11-2)相连接，同轴线内导体(6)和金属环结构(5-1)相连接，金属环结构(5-1)和输出端(2)之间、金属环结构(5-2)和输入端(1)之间是相对静止的，在同轴线内导体(6)和金属环结构(5-2)之间设计有扼流装置(7)实现同轴线内导体(6)和金属环结构(5-2)之间的相对旋转，同轴线(3)外导体在旋转和相对静止部分之间设计有高频扼流装置实现旋转铰链输入端(1)和输出端(2)之间的相对旋转，为提高旋转铰链的功率容量，同轴线(3)内外径Φ1和Φ2设计使得同轴线(3)中除了能传输TEM主模外，还可以传输TE11高次模，同轴线内导体(6)可设计一个较大的通孔以穿过多路旋转铰链相邻通道信号传输电缆。
2.根据权利要求1所述的基于波导分配器的高功率旋转铰链的实现方法，其特征在于：设计金属环结构激励装置主要由金属环结构以及波导圆弧衔接段(13)组成，设计金属环结构的内外径Φ3和Φ4，槽深L1，伸入矩形波导内高度L2，金属环结构的外径Φ4大小接近于标准矩形波导宽壁，在标准矩形波导宽壁内部设计内径为Φ5的波导圆弧衔接段(13)，两路等幅同相的信号通过金属环结构激励装置实现从矩形波导TE10模式转换到同轴线主模TEM模式，同时抑制TE11高次模的激发，使得同轴线(3)中只有主模TEM模作为旋转铰链的工作模式。
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