CN111697344B - 一种k-v波段极化分离装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种K‑V波段极化分离装置及其制作方法，所述装置包括极化底板平台，所述极化底板平台的中部区域上设置有通孔，围绕所述通孔的外侧设置有环形结构的外圈固定槽；所述外圈固定槽与所述极化底板平台的所述通孔之间形成有凸起平台，所述凸起平台上设置有彼此平行的引线槽；所述凸起平台位于所述外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽；所述装置还包括用于极化微波的金属丝，所述金属丝在所述引线槽和所述外圈固定槽内呈S形布置，以使所述极化底板平台的中部区域的所述通孔被所述金属丝覆盖。

Description

一种K-V波段极化分离装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及微波极化技术领域，具体地，涉及一种K-V波段极化分离装置及其制作方法。

背景技术

地基微波辐射计是利用被动的接收各个高度传来的大气辐射的微波信号来判断大气温度、湿度变化的地基微波遥感设备，其对中小尺度天气现象，如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流具有重要的检测作用。地基微波辐射计在对流层剖面的温度、湿度和液态水，天气和气候模型研究，卫星追踪(GPS，伽利略)湿/干延迟和湿度廓线，临近预报大气稳定性(灾害性天气检测)，温度反演检测、雾、空气污染，绝对校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI有着重要应用，已成为探空气球与天气雷达外的重要检测手段。地基微波辐射计由于其具有独立工作能力，且能够在几乎各种环境条件工作，适合于自动天气站，常用于反演完整的大气廓线，反演数据和原始数据全部保存，可提供完备的顾客定制或全球标准算法。

为探测地表大气的温湿特性，地基微波辐射计主要选择择大气成份中水汽和氧气的特性谱线进行辐射探测和反演。处于K波段(22～30GHz)的水汽谱和位于V波段(50～60GHz)的氧气谱是主要选择频段。目前，常用地基辐射计均选择接收水平极化的多通道V波段大气辐射信号和垂直极化的多通道K波段大气辐射信号进行信号的选择接收。

极化分离装置是地基微波辐射计不可或缺的部件，并按照天馈系统设计要求放置于天线与馈源喇叭之间，从而完成上述二种信号的选通分离。

常规的极化分离装置采用机械绕丝进行框架胶粘制成，存在凸台大小、均匀以其中心间距的一致性影响极化装置的电学性能，绕丝中钼丝的张力控制要求高的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种K-V波段极化分离装置。

本发明提供了一种K-V波段极化分离装置，所述装置包括极化底板平台，所述极化底板平台的中部区域上设置有通孔，围绕所述通孔的外侧设置有环形结构的外圈固定槽；

所述外圈固定槽与所述极化底板平台的所述通孔之间形成有凸起平台，所述凸起平台上设置有彼此平行的引线槽；

所述凸起平台位于所述外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽；

所述装置还包括用于极化微波的金属丝，所述金属丝在所述引线槽和所述外圈固定槽内呈S形布置，以使所述极化底板平台的中部区域的所述通孔被所述金属丝覆盖。

在一个可选地实现方式中，所述凸起平台上围绕所述通孔设置有内线圈固定槽，所述内线圈固定槽与一内压线圈配合，用以紧固所述金属丝。

在一个可选地实现方式中，所述引线槽和所述挡线槽的宽度大于所述金属丝的宽度，所述相邻金属丝之间的距离根据待极化微波的波长确定。

在一个可选地实现方式中，所述挡线槽的深度大于所述金属丝丝径的2倍；所述引线槽的深度大于所述金属丝丝径2倍。

在一个可选地实现方式中，所述外圈固定槽中设置有至少一个用于固定所述金属丝端部的螺钉，所述螺钉低于所述外圈固定槽的槽面。

在一个可选地实现方式中，所述装置还包括一外固定线圈，所述外固定线圈与所述外圈固定槽相匹配，用以紧固所述金属丝。

本发明的另一方面，本发明还提供了一种制作K-V波段极化分离装置的方法，所述方法至少包括以下步骤：

选定极化底板平台，在所述极化底板平台的中间区域设置通孔；

在所述通孔外侧设置一外圈固定槽，所述外圈固定槽是与所述通孔具有相同圆心的圆形凹槽；

在所述通孔与所述外圈固定槽之间形成的凸台上设置彼此平行的引线槽；

在引线槽内设置用于极化微波的金属丝，所述金属丝在所述引线槽和所述外圈固定槽内呈S形布置，以使所述极化底板平台的中部区域的所述通孔被所述金属丝覆盖。

在一个可选地实现方式中，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述凸起平台上围绕所述通孔设置有内线圈固定槽，所述内线圈固定槽与一内压线圈配合，用以紧固所述金属丝。

在一个可选地实现方式中，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述凸起平台位于所述外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽。

在一个可选地实现方式中，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述外圈固定槽中设置有至少一个用于固定所述金属丝端部的螺钉，所述螺钉低于所述外圈固定槽的槽面。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明提供的K-V波段极化分离装置简单易加工，不需传统的机械绕丝设备投入；

(2)本发明提供的K-V波段极化分离装置采用单丝手动绕制，加工后无需胶固，克服了因高分子材料胶固带来的长期可靠性问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一示例性实施例提供的一种K-V波段极化分离装置的极化底板平台的结构示意图；

图1B是图1A的剖视图；

图2为本发明一示例性实施例提供的一种K-V波段极化分离装置的内压线圈的结构示意图；

图3A为本发明一示例性实施例提供的一种K-V波段极化分离装置的外固定线圈的结构示意图；

图3B是图3A的剖视图；

图4为本发明一示例性实施例提供的一种K-V波段极化分离装置的极化底板平台绕线后的侧面结构示意图；

图5为本发明一示例性实施例提供的一种K-V波段极化分离装置的极化底板平台绕线后的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的K-V波段极化分离装置，装置包括极化底板平台，极化底板平台的中部区域上设置有通孔，围绕通孔的外侧设置有环形结构的外圈固定槽；外圈固定槽与极化底板平台的通孔之间形成有凸起平台，凸起平台上设置有彼此平行的引线槽；凸起平台位于外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽；装置还包括用于极化微波的金属丝，金属丝在引线槽和外圈固定槽内呈S形布置，以使极化底板平台的中部区域的通孔被金属丝覆盖。

与现有技术相比，本发明提供的K-V波段极化分离装置简单易加工，不需传统的机械绕丝设备投入；本发明采用单丝手动绕制，加工后无需胶固，克服了因高分子材料胶固带来的长期可靠性问题。

以下结合图1至图5对本申请做进一步详细阐述。

如图1A和图1B所示，极化底板平台的中部区域上设置有通孔101，围绕通孔101的外侧设置有环形结构的外圈固定槽102；外圈固定槽102与极化底板平台的通孔101之间形成有凸起平台，凸起平台上设置有彼此平行的引线槽，凸起平台位于外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽。

外圈固定槽102设计于台面外圈，其槽宽与槽深取决于外圈尺寸，与外圈配合使用。

引线槽是一排规则平行槽线，槽宽取决于丝径和微波电特性容许误差，引线槽槽深设计大于丝径2倍即可，由于槽底一般为铣刀三角面型或线切割的圆弧，为了方便丝线放置，以3～5倍为佳。引线槽间距同样按照微波特性要求设计，本设计透过极化装置为V波段的水平极化，因而垂直方向排丝的丝间距以V波段四分之一最低频率波长排布，选取1.5mm，该尺寸即是所有平行引线槽中心间距；引线槽宽取决于绕丝直径及相应加工正工差，作为设计制作特例，丝径采用折衷的100um为佳。

如图4所示，挡线槽设计在圆形平台的侧边，槽位离上台面的距离等于引线槽的槽深并减去加工工差值，从而能使在引线槽加工时，铣刀能划破至挡线槽一端侧壁。挡线槽槽深设计大于丝径2倍即可，为了方便档丝，以4～7倍为佳。挡线槽加工时，采用底板平台转动，直角弯头铣刀沿台面侧边铣切工艺。

外圈固定槽102中设置有用于固定所述金属丝端部的螺钉，固丝螺孔直接在外圈固定槽102内，并倒斜角，保证螺钉安装平面低于外圈固定槽102的底面。本发明提供的装置还包括用于极化微波的金属丝，金属丝的一端固定在螺钉上，金属丝在引线槽和所述外圈固定槽内呈S形布置，以使极化底板平台的中部区域的通孔被金属丝覆盖。

示例性的，本发明的实施例中金属丝以钼丝为例，对本发明做进一步阐述，将紧固镙钉固定于固丝镙孔，并将钼丝一头绕2圈在其镙钉上，随着紧固镙钉的下旋固紧，将钼丝牢牢地固定于极化底板上，也即是启丝的起点。

钼丝线经过挡线槽切入至第一条引线槽，假设为上方，按照极化底板平台上的定位槽进入相对方向下方的第一引线槽，一直折弯至其下方挡线槽，顺延至下方第二引线槽，反向引丝至上方第二引线槽，再次折弯至上方的挡线槽，顺延至上方第三引线槽，如图4所示。如此反复，直至绕至最后一条引线槽，再次进入丝槽，并引至另一紧固镙钉位。将未断钼丝线在镙钉上绕2圈，同样紧固镙钉下旋，钼丝牢牢地固定于极化底板上，并剪断连接的多余钼丝，完成落丝终点。

外圈固定槽102与通孔101之间的凸起平台上围绕通孔101设置有内线圈固定槽103。如图2所述，本发明还包括一内压线圈，其中，内线圈固定槽103与内压线圈尺寸向匹配，将内压线圈放进内线圈固定槽103中，并向下挤压使之与底板平面相平行，这样钼丝紧落引线槽底部，并具有级强张力。

本发明还包括一外固定线圈，如图3A和图3B所示，外固定线圈的尺寸与外圈固定槽102的尺寸相匹配，将外固定线圈放入外圈固定槽102，并用镙钉进行固定，完成极化装置的制作，其成品图如下图5所示。

本发明针对地基微波辐射计需求专业性强，以及K-V极化分离装置小批量要求，设计了一种极简版，将K-V极化分离装置的精确化实现分解至机加工的极化底板的制备、手动绕丝方法、内圈紧固以及外圈保护多个环节，整个过程不需要进行胶固，实现简单。以下结合具体制备方式对本发明进行阐述。

极化底板平台的制备中选用5mm厚度标准铝板进行金属精密加工，其加工步骤分为极化孔面切铣、引丝台面切铣成型、定位基准开槽、引线槽切铣、侧边挡线槽切铣、内线圈固定槽切铣、外圈固定槽切铣、固丝螺孔成孔、外圈螺孔成孔、二种安装固定孔成孔多道工序步骤。

首先，根据微波物理光学路径要求确定极化孔面大小(地基微波辐射计确定为φ160mm)，再根据整机安装机械接口确定选择一定大小的正方形铝板(地基微波辐射计确定为240×240mm)进行表面抛光处理。

因极化孔面是V波段透波和K波段反射窗口，微波波束中心与孔面中心必须一致，加工时先确定孔面中心的基准点，也是正方形的中心点，后续所有的加工均以此中心点为参考基准。

因其需要在其侧面形成固丝槽，加工过程中先形成台面，并通过台面的设计和加工，将侧面挡丝槽经过一周的直角弯刀切铣，变得极其容易。

因是等中心位置结构，其加工采用机床平台固定工件，经多刀切铣形成中心透孔的通孔、压线槽、外圈固定槽，并确定固丝螺孔、安装孔、定位槽等中心位置。

以定位槽线为基准，与中心线平行，采用尖细铣刀或线切割成方式，在台面上铣等间距的引线槽。

用薄形钢板通过同心园切铣成内压线圈及外固定圈。

金加形成的结件包括：极化底板、内压线圈和外固定圈以及相配套螺钉。

极化钼丝采取单丝顺序缠绕方式，两头固定。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种K-V波段极化分离装置，其特征在于，所述装置包括极化底板平台，所述极化底板平台的中部区域上设置有通孔，围绕所述通孔的外侧设置有环形结构的外圈固定槽；

所述外圈固定槽与所述极化底板平台的所述通孔之间形成有凸起平台，所述凸起平台上设置有彼此平行的引线槽；

所述外圈固定槽一侧的侧壁上呈周向设置有挡线槽；

所述装置还包括用于极化微波的金属丝，金属丝经过挡线槽切入至第一条引线槽，假设为上方，按照极化底板平台上的定位槽进入相对方向下方的第一引线槽，一直折弯至其下方挡线槽，顺延至下方第二引线槽，反向引丝至上方第二引线槽，再次折弯至上方的挡线槽，顺延至上方第三引线槽，如此反复，直至绕至最后一条引线槽，再次进入丝槽，并引至另一紧固镙钉位；所述金属丝垂直方向的丝间距以V波段四分之一最低频率波长排布。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸起平台上围绕所述通孔设置有内线圈固定槽，所述内线圈固定槽与一内压线圈配合，用以紧固所述金属丝。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引线槽和所述挡线槽的宽度大于所述金属丝的宽度，相邻金属丝之间的距离根据待极化微波的波长确定。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述挡线槽的深度大于所述金属丝丝径的2倍；所述引线槽的深度大于所述金属丝丝径2倍。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外圈固定槽中设置有至少一个用于固定所述金属丝端部的螺钉，所述螺钉低于所述外圈固定槽的槽面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一外固定线圈，所述外固定线圈与所述外圈固定槽相匹配，用以紧固所述金属丝。

7.一种制作K-V波段极化分离装置的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

选定极化底板平台，在所述极化底板平台的中间区域设置通孔；

在所述通孔外侧设置一外圈固定槽，所述外圈固定槽是与所述通孔具有相同圆心的圆形凹槽；

在所述通孔与所述外圈固定槽之间形成的凸起平台上设置彼此平行的引线槽；

在引线槽内设置用于极化微波的金属丝，金属丝经过挡线槽切入至第一条引线槽，假设为上方，按照极化底板平台上的定位槽进入相对方向下方的第一引线槽，一直折弯至其下方挡线槽，顺延至下方第二引线槽，反向引丝至上方第二引线槽，再次折弯至上方的挡线槽，顺延至上方第三引线槽，如此反复，直至绕至最后一条引线槽，再次进入丝槽，并引至另一紧固镙钉位；所述金属丝垂直方向的丝间距以V波段四分之一最低频率波长排布。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述凸起平台上围绕所述通孔设置有内线圈固定槽，所述内线圈固定槽与一内压线圈配合，用以紧固所述金属丝。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述凸起平台位于所述外圈固定槽一侧的侧壁上设置有挡线槽。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在引线槽内设置用于极化微波的金属丝之前，还包括：

在所述外圈固定槽中设置有至少一个用于固定所述金属丝端部的螺钉，所述螺钉低于所述外圈固定槽的槽面。

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