CN113809489B - 一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，包括第一膜片极化器、第二膜片极化器、扼流旋转套筒、以及用于膜片极化器固定的四个螺丝与四个螺母，所述第一膜片极化器由第一金属腔体、第一金属膜片、第一固定法兰盘、第一连接法兰盘组成；所述第二膜片极化器由第二金属腔体、第二金属膜片、第二固定法兰盘、第二连接法兰盘组成。本发明结构拆卸方便，容易更换维修，且整体结构具有高集成化优点。可以通过更换不同结构尺寸的超表面平板或不同结构的超表面单元来轻松实现不同频率、不同角度范围的角域滤波功能，因此其适用场合广泛。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波电路技术领域，涉及一种波导旋转关节。
背景技术
波导旋转关节是一种特殊波导结构，其机械结构支持轴向或径向旋转，同时能保证其内部电磁波能量在各个旋转角度下都具有良好的传输特性。在机械式扫描系统中，天线往往需要在空间中旋转多个角度。天线和固定馈电网络之间必须有相对旋转运动。波导旋转关节可以支持这些旋转动作，并将微波能量从馈电传输线传播到正在旋转的天线馈口处。
随着现代通信以及雷达系统的快速发展，传统的单通道波导旋转关节难以满足雷达通信系统对的全双工通信的需求，现阶段为了满足大功率、高隔离度的微波信号的全双工收发功能，往往需要设计一套复杂波导馈电网络并运用多个单通道的波导旋转关节来保证全双工通信系统在各个扫描角度下能正常工作。这使得该机械式扫描系统存在设计、加工成本高，生产、装配难度大的缺点。对于太赫兹频段的雷达通信系统而言，使用多个单通道的波导旋转关节会明显占用大量空间，这对系统小型化布局是一个明显的阻碍。
为了解决传统单通道波导旋转关节的缺点，刘明公开了一种两路波导一路同轴旋转关节(刘明，一种两路波导一路同轴旋转关节，中国发明专利，申请号CN202110154238.X，申请日2021.02.04)，通过在同轴波导中加入石墨环形成多层空腔结构来实现多通道波导旋转关节，但是其只能支持径向旋转，并且同轴结构限制了其功率容量，无法满足大功率微波信号全双工传输。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，实现了关节轴向旋转任意角度时，太赫兹微波信号的全双工传输，同时实现其结构的紧凑化、轻量化和低成本化。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，包括第一膜片极化器、第二膜片极化器、扼流旋转套筒、以及用于膜片极化器固定的四个螺丝与四个螺母，其特征在于：所述第一膜片极化器由第一金属腔体、第一金属膜片、第一固定法兰盘、第一连接法兰盘组成；所述第二膜片极化器由第二金属腔体、第二金属膜片、第二固定法兰盘、第二连接法兰盘组成；第一、第二膜片极化器与扼流旋转套筒均通过两侧对称的金属腔壁拼合的方式组成；在第一与第二膜片极化器的上下两侧均有一个固定法兰盘与螺丝通孔；所述四个螺丝直径与在第一与第二膜片极化器的固定法兰盘的通孔直径相同，穿过固定法兰盘与四个螺母拧紧后将第一与第二膜片极化器的两侧金属腔壁固定；所述第一与第二膜片极化器远端的连接法兰盘均有四个螺丝通孔，其通孔直径均相等；所述扼流旋转套筒由圆柱形的内套管与外套管组成，内套管与第一膜片极化器相连，外套管与第二膜片极化器相连，内套管外壁与外套管内壁有互补的旋转滑动沟槽以支持旋转运动。
进一步地，所述第一与第二膜片极化器的金属膜片有阶梯状锯齿结构，通过第一、第二膜片极化器两侧金属壁拼合后将其夹在金属腔体中心垂直面处；所述第一与第二膜片极化器的连接法兰盘边框尺寸均相同；
进一步地，所述第一与第二膜片极化器的固定法兰盘边框尺寸均相同；所述第一与第二膜片极化器均匀相同尺寸的矩形金属腔体。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的第一、第二膜片极化器与扼流旋转套筒由左右侧金属腔壁拼合而成，将金属膜片夹在金属腔体中心垂直面处，其具有设计简单、成本低、制备周期短、装配方便等优点；同时，因为设计了一组面对面放置的膜片极化器，形成了一对同频高隔离度的微波传输通道使得其具有全双工传输微波能量的功能。
(2)本发明是通过四个螺丝与四个螺帽将第一、第二膜片极化器与扼流旋转套筒的左右两侧固定，其结构拆卸方便，容易更换维修，且整体结构具有高集成化优点。
(3)本发明可以通过更换不同形状的金属膜片和不同大小的金属腔体来轻松实现对工作频段、带宽和信道隔离度的调整，此外，本发明在轴向旋转任意角度后依旧能保持稳定的工作性能，因此其适用场合广泛。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的总体结构展开示意图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，包括第一膜片极化器1、第二膜片极化器、扼流旋转套筒3、以及用于膜片极化器固定的四个螺丝与四个螺母4，所述第一膜片极化器由第一金属腔体10、第一金属膜片11、第一固定法兰盘12、第一连接法兰盘13组成；所述第二膜片极化器由第二金属腔体20、第二金属膜片21、第二固定法兰盘22、第二连接法兰盘23组成；第一膜片极化器1、第二膜片极化器与扼流旋转套筒3均通过两侧对称的金属腔壁拼合的方式组成，金属腔体10长为2.4mm，宽为0.84mm，高为0.84mm；在第一膜片极化器1的上下两侧均有一个第一固定法兰盘12与螺丝通孔，内直径为1mm；在第二膜片极化器的上下两侧均有一个第二固定法兰盘22与螺丝通孔，内直径为1mm；所述四个螺丝40直径与在第一膜片极化器1的第一固定法兰盘12与第二膜片极化器的第二固定法兰盘22的通孔直径相同，穿过固定法兰盘与四个螺母41拧紧后将第一膜片极化器1与第二膜片极化器的两侧金属腔壁固定；所述第一膜片极化器1的第一连接法兰盘13与第二膜片极化器的第二连接法兰盘23远端均有四个螺丝通孔，其通孔直径均为1mm；所述扼流旋转套筒3由圆柱形的内套管30与外套管31组成；内套管30内直径为1.19mm，外直径为2mm并与第一膜片极化器1相连；外套管31内直径为2mm，外直径为3mm并与第二膜片极化器相连，内套管30外壁与外套管31内壁有互补的旋转滑动沟槽32以支持旋转运动，沟道深度0.5mm，沟道宽度1mm。
进一步地，所述第一膜片极化器1的第一金属膜片11与第二膜片极化器的第二金属膜片21有相同的阶梯状锯齿结构；所述第一膜片极化器1的第一连接法兰盘13与第二膜片极化器的第二连接法兰盘23边框尺寸均为长8mm，宽8mm，厚度0.5mm，四角处的圆倒角半径1mm。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，包括第一膜片极化器（1）、第二膜片极化器、扼流旋转套筒（3）、以及用于膜片极化器固定的四个螺丝与四个螺母，所述第一膜片极化器由第一金属腔体（10）、第一金属膜片（11）、第一固定法兰盘（12）、第一连接法兰盘（13）组成；所述第二膜片极化器由第二金属腔体（20）、第二金属膜片（21）、第二固定法兰盘（22）、第二连接法兰盘（23）组成；第一膜片极化器（1）、第二膜片极化器与扼流旋转套筒（3）均通过两侧对称的金属腔壁拼合的方式组成；在第一膜片极化器（1）的上下两侧均有一个第一固定法兰盘（12）与螺丝通孔；在第二膜片极化器的上下两侧均有一个第二固定法兰盘（22）与螺丝通孔；所述四个螺丝（40）直径与在第一膜片极化器（1）的第一固定法兰盘（12）与第二膜片极化器的第二固定法兰盘（22）的通孔直径相同，穿过固定法兰盘与四个螺母（41）拧紧后将第一膜片极化器（1）与第二膜片极化器的两侧金属腔壁固定；所述第一膜片极化器（1）的第一连接法兰盘（13）与第二膜片极化器的第二连接法兰盘（23）远端均有四个螺丝通孔；所述扼流旋转套筒（3）由圆柱形的内套管（30）与外套管（31）组成；内套管（30）与第一膜片极化器（1）相连；外套管（31）与第二膜片极化器相连，内套管（30）外壁与外套管（31）内壁有互补的旋转滑动沟槽（32）以支持旋转运动。
2.根据权利要求1所述的基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，其特征在于：所述第一膜片极化器（1）的第一金属膜片（11）与第二膜片极化器的第二金属膜片（21）有相同的阶梯状锯齿结构。
3.根据权利要求1所述的基于膜片极化器的太赫兹全双工波导旋转关节，其特征在于：所述第一膜片极化器（1）的第一固定法兰盘（12）与第二膜片极化器的第二固定法兰盘（22）边框尺寸均相同；所述第一膜片极化器（1）的矩形第一金属腔体（10）与第二膜片极化器的矩形第二金属腔体（20）尺寸均相同。
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