CN113948833A - 一种非接触式宽带微波旋转关节 - Google Patents

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汤袁亮
靳连根
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724th Research Institute of CSIC
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724th Research Institute of CSIC
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
    • H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

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  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

本发明给出了一种非接触式宽带微波旋转关节，由定子、转子和轴承组成。定子包含定子微带功分/合成网络F2、定子馈电探针F7、定子耦合环F8；转子包含转子微带功分/合成网络R2、转子馈电探针R7、转子耦合环R8；轴承Z1将转子与定子进行轴向及径向安装，轴承外侧是定子，内侧是转子。射频输入信号进入定子微带功分/合成网络F2，分为等幅同相的N路信号，经定子馈电探针F7传输至定子耦合环F8，定子耦合环F8将N路信号以0dB耦合传输至转子耦合环R8，最后N路信号经转子馈电探针R7进入转子微带功分/合成网络R2合成为1路后输出。

Description

一种非接触式宽带微波旋转关节
技术领域
本发明属于微波旋转关节领域。
背景技术
微波旋转关节是一种微波传输器件，是微波电子设备的重要组成元件。主要应用于雷达探测系统、通讯、导航、电子对抗等电子设备。
为了实现微波旋转关节的宽带工作、多路传输以及工作可靠性和寿命，常用的设计方案根据同轴线内外导体接触与否分为两种：接触式旋转关节与非接触式旋转关节。
接触式旋转关节的优点是拥有较大带宽，甚至可达DC～18GHz，缺点是内外导体的接触部位对加工、装配精度及材料的耐磨特性要求极高，并且旋转关节轴心空间较小。在关节旋转一定圈数后，由于接触面材料的磨损，导致接触面电接触不良、电性能指标急剧恶化，无法满足设备正常工作需要；另外轴心空间较小导致多路射频或光纤的集成很难实现。
非接触式旋转关节的优点是内外导体不接触，旋转关节的转动寿命长，优于接触式旋转关节。但是传统的非接触方案是通过同轴线扼流槽实现，无法实现宽带特性。
发明内容
本发明设计了一种非接触式宽带微波旋转关节，既保证宽带特性，又大幅提高旋转关节的转动寿命，还能实现多路堆叠。
本发明通过以下技术方案实现：
一种非接触式宽带微波旋转关节，包括定子、转子和轴承；其中所述定子包括定子微带功分/合成网络F2、定子馈电探针F7、定子耦合环F8；转子包括转子微带功分/合成网络R2、转子馈电探针R7、转子耦合环R8；定子与转子间通过轴承Z1进行径向同心定位和轴向安装，定子与转子之间存在空气间隙。
进一步的，所述空气间隙优选0.2mm。
射频信号输入定子微带功分/合成网络F2，然后分配成等幅同相的N路信号，再经定子馈电探针F7传输至定子耦合环F8，接着定子耦合环F8将N路信号以0dB耦合传输至转子耦合环R8，最后N路信号经转子馈电探针R7进入转子微带功分/合成网络R2合成为1路后输出。
更进一步的，定子微带功分/合成网络F2、转子微带功分/合成网络R2可用小型化封装GaAS功分/合成器代替。
更进一步的，本发明还可以将定微带功分/合成网络、转子微带功分/合成网络的端口数量设计为N＝2n个，n≥1，形成对定子耦合环、转子耦合环的多点激励，扩大耦合环与轴心孔洞的直径，实现多路堆叠集成设计。
2n个馈电探针同时对耦合环进行圆对称激励，降低电性能转动变化。
本发明的有益效果在于：作为一种非接触式宽带微波旋转关节，本发明可靠性高，转动寿命长；微带功分/合成网络采用了宽带设计，在传统非接触式旋转关节20％带宽的基础上将有效带宽拓宽至70％以上；多点对称激励的结构形式可降低电性能转动变化。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为非接触式宽带微波旋转关节剖面结构示意图。
图中：F代表定子部分，F1是定子微带功分/合成网络腔体盖板、F2是定子微带功分/合成网络、F3是定子外壳、F4是定子内介质支撑(聚四氟乙烯)、F5是轴承外圈定位环、F6是定子馈电探针介质支撑、F7是定子馈电探针、F8是定子耦合环、F9是输入端射频连接器。
R代表转子部分，R1是转子微带功分/合成网络腔体盖板、R2是转子微带功分/合成网络、R3是转子外壳、R4是转子内介质支撑(聚四氟乙烯)、R5是轴承内圈定位环、R6是转子馈电探针介质支撑、R7是转子馈电探针、R8是转子耦合环、R9是输出端射频连接器。
Z1是轴承。
具体实施方式
结合说明书附图，对本发明的设计过程进行具体实施例的举例说明。
本发明提出的非接触式宽带微波旋转关节，设计过程如下：
(1)如图1所示，在上述的旋转关节的转子外壳R3和定子外壳F3内，分别设计一个转子微带功分/合成网络R2、定子微带功分/合成网络F2，本案例中N＝2。在转子微带功分/合成网络R2的分配端口焊接转子馈电探针R7，定子微带功分/合成网络F2的分配端口焊接定子馈电探针F7。
(2)在转子、定子内介质支撑(聚四氟乙烯)R4、F4上分别开圆环形凹槽，并安装于转子外壳R3、定子外壳F3内，将转子耦合环R8、定子耦合环F8分别固定于R4、F4圆环形凹槽内，起到轴心定位作用。
(3)在步骤(1)、(2)完成后，将转子馈电探针R7、定子馈电探针的F7另一端分别与转子耦合环R8、定子耦合环F8进行焊接。
(4)在定子微带功分/合成网络F2输入端口、转子微带功分/合成网络R2输出端口分别用同轴连接器或同轴电缆与定子微带功分/合成网络F2、转子微带功分/合成网络R2的印制板金属走线进行互联。
(5)设计时需在转子内介质支撑(聚四氟乙烯)R4、定子内介质支撑(聚四氟乙烯)F4，转子耦合环R8、定子耦合环F8、转子外壳R3、定子外壳F3间预留一个0.2mm的空气间隙，以保证旋转关节在转动过程中相关零部件不发生摩擦。
(6)最后利用轴承Z1和轴承内外圈定位环R5、F5将转子安装于定子内部，轴承外圈定位环F5与定子外科F3利用螺钉锁紧，实现轴向和径向的定位安装。

Claims (5)

1.一种非接触式宽带微波旋转关节，其特征在于：包括定子、转子和轴承；其中所述定子包括定子微带功分/合成网络(F2)、定子馈电探针(F7)、定子耦合环(F8)；转子包括转子微带功分/合成网络(R2)、转子馈电探针(R7)、转子耦合环(R8)；定子与转子间通过轴承(Z1)进行径向同心定位和轴向安装，定子与转子之间存在空气间隙。
2.根据权利要求1所述的微波旋转关节，其特征在于：所述定子与转子之间空气间隙为0.2mm。
3.根据权利要1所述的微波旋转关节，其特征在于：定子微带功分/合成网络(F2)、转子微带功分/合成网络(R2)可用小型化封装GaAS功分/合成器代替。
4.根据权利要求2所述的微波旋转关节，其特征在于：定子微带功分/合成网络(F2)、转子微带功分/合成网络(R2)的端口数量设计为2n个，n≥1，形成对定子耦合环(F8)、转子耦合环(R8)的多点激励。
5.根据权利要求4所述的微波旋转关节，其特征在于：2n个定子馈电探针(F7)、转子馈电探针(R7)同时对定子耦合环(F8)、转子耦合环(R8)进行圆对称激励，可降低电性能转动变化。
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