CN115411472B - 一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构，通过在波导支架的容置空间的顶部和底部分别设置二维转动输出机构和二维转动输入机构，并在容置空间内设置第一波导和第二波导，分别与二维转动输入机构的第一转动端、第二转动端以及二维转动输出机构的第三转动端、第四转动端相连；其中，第一波导和第二波导内均设置U形结构，利用U型结构改变热变形方向，增加功率适应能力，解决了星载Ka频段大功率二维转动机构内波导结构本体力学强度不高，对高低温变化带来的热变形适应性较差问题，取得了二维转动机构波导力学结构可靠、热变形适应能力强、结构重量轻、转动可靠性高等有益效果。

Description

一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构

技术领域

本发明属于卫星通信设备技术领域，尤其涉及一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构。

背景技术

随着卫星研制的进展，卫星数据传输系统从传统的X频段单路10W发射发展至Ka频段多路50W发射，从传统的固定赋型全向天线发展至二维转动点波束天线。星上设计Ka频段发射信号链路为了实现低损耗需使用BJ260规格的波导，该规格波导壁厚薄，热容小，力学强度低。在多路大功率输入的条件下，即使采用镀银等降低插损的手段，二维转动机构内的波导仍然存在热耗大，散热难，热变形大等机热相关难点。目前BJ260规格波导的散热手段主要为增加散热翅片，该方法可以增加散热面，但是在二维转动机构这种有限空间内，容易引起转动干涉。同时Ka频段旋转关节、波导和机构需配合设计安装，既保证可靠转动也要满足波导结构本体的主动段力学响应。传统的二维转动机构内直波导连接可以降低插损，但是其波导的热变形直接作用于旋转关节，该变形量会推动旋转体侵占轴承配合间隙，进而侵占轴承游隙，使得轴承在径向为受载状态。尽管深沟球轴承径向有一定刚度，可承受一定的径向载荷，但长期在高低温下转动工作，影响其工作可靠性和工作寿命。因此，需要在传统二维转动机构波导设计上提供一种新的方法解决上述问题。

经过对现有技术的检索，申请号为201710214415.2的发明专利公开了一类波导正交模转接器，包括横波导和至少一节横波导段；所述横波导和所有的横波导段沿Z方向依次连通；所述一种对称结构的正交模转接器还包括竖波导2和至少一节竖波导段；所述竖波导和所有的竖波导段沿Z方向依次连通；所述横波导和竖波导在-Z方向齐平构成十字端口；所述横波导和所有的横波导段构成的结构与所述竖波导和所有的竖波导段构成的结构相互交叉；所述横波导和横波导段的最大宽度大于其最大高度；所述竖波导和竖波导段的最大高度大于其最大宽度。但该类波导正交模转接器不适用Ka频段二维转动机构的波导传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构，以解决现有波导结构本体工作可靠性和工作寿命低的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构，包括：

波导支架，所述波导支架内设有容置空间；

二维转动输入机构，设于所述容置空间的底部，且所述二维转动输入机构包括同轴转动的第一转动端和第二转动端；

二维转动输出机构，设于所述容置空间的顶部，且所述二维转动输出机构包括同轴转动的第三转动端和第四转动端；

第一波导，设置于所述容置空间内，且所述第一波导的输入端与所述第一转动端相连，所述第一波导的输出端与所述第三转动端相连；

第二波导，设置于所述容置空间内，且所述第二波导的输入端与所述第二转动端相连，所述第二波导的输出端与所述第四转动端相连；

其中，所述第一波导和所述第二波导内均设有用于改变热变形方向的U形结构。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一转动端为第一输入旋转关节，所述第二转动端为第二输入旋转关节；所述第一输入旋转关节的转轴与所述第二输入旋转关节的转轴同轴连接；

所述第三转动端为第一输出旋转关节，所述第四转动端为第二输出旋转关节；所述第一输出旋转关节的转轴与所述第二输出旋转关节的转轴同轴连接。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一波导和所述第二波导为相对设置的两个波导结构本体；

所述波导结构本体包括依次连接的第一L形结构、第二L形结构和所述U形结构；

两个所述波导结构本体的所述第一L形结构的输入端分别与所述第一转动端和所述第二转动端连接；两个所述波导结构本体的所述第一U形结构的输出端分别与所述第三转动端和所述第四转动端连接。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一L形结构与所述第二L形结构之间垂直连接。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，以竖直方向为Z轴建立坐标系；

所述第一L形结构包括相连的第一杆形结构和第二杆形结构；所述第二L形结构包括相连的第三杆形结构和第四杆形结构；所述U形结构包括依次相连的第五杆形结构、第六杆形结构、第七杆形结构和延伸结构；

其中，在所述第一波导对应的所述波导结构本体中，所述第一杆形结构沿Z轴正方向布置；所述第二杆形结构沿X轴正方向布置；所述第三杆形结构沿X轴正方向布置；所述第四杆形结构沿Y轴正方向布置；所述第五杆形结构沿Y轴正方向布置；所述第六杆形结构沿Z轴方向布置；所述第七杆形结构沿Y轴负方向布置；所述延伸结构沿Z轴正方向布置。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一转动端和第二转动端的转动轴线垂直于所述第三转动端和第四转动端的转动轴线。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述波导支架包括支撑框架、第一安装板和第二安装板；

所述支撑框架的上表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第一耳孔，所述支撑框架的下表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第二耳孔；

所述第一安装板设于两个所述第一耳孔之间，用于固定所述第一波导的输入端和所述第二波导的输入端；

所述第二安装板设于两个所述第二耳孔之间，用于固定所述第一波导的输出端和所述第二波导的输出端。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一波导和第二波导用于Ka频段单路50W大功率连续波传输。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述二维转动输入机构的跨距为400mm～500mm；所述二维转动输出机构的跨距为400mm～500mm。

本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，所述第一波导和所述第二波导的跨距范围为100mm～150mm。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一实施例通过在波导支架的容置空间的顶部和底部分别设置二维转动输出机构和二维转动输入机构，并在容置空间内设置第一波导和第二波导，分别与二维转动输入机构的第一转动端、第二转动端以及二维转动输出机构的第三转动端、第四转动端相连；其中，第一波导和第二波导内均设置U形结构，利用U型结构改变热变形方向，增加功率适应能力，解决了星载Ka频段大功率二维转动机构内波导结构本体力学强度不高，对高低温变化带来的热变形适应性较差问题，取得了二维转动机构波导力学结构可靠、热变形适应能力强、结构重量轻、转动可靠性高等有益效果。

2、本发明一实施例通过设置波导支架，可以提高波导结构本体的强度，还可限位波导结构本体的变形，使之具备两路50W Ka连续波传输能力。

附图说明

图1为本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构的示意图；

图2为本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构的另一示意图；

图3为本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构的波导结构本体的示意图；

图4为本发明的用于Ka频段二维转动机构的波导结构的波导结构本体的另一示意图。

附图标记说明：1：波导支架；2：二维转动输入机构；201：第一输入旋转关节；202：第二输入旋转关节；203：第一关节支架；3：二维转动输出机构；301：第一输出旋转关节；302：第二输出旋转关节；303：第二关节支架；4：第一波导；5：第二波导；6：第一L形结构；7：第二L形结构；8：U形结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1至图4，在一个实施例中，一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构，包括波导支架1、二维转动输入机构2、二维转动输出机构3、第一波导4和第二波导5。

波导支架1内设有容置空间。二维转动输入机构2设于容置空间的底部，且二维转动输入机构2包括同轴转动的第一转动端和第二转动端。二维转动输出机构3设于容置空间的顶部，且二维转动输出机构3包括同轴转动的第三转动端和第四转动端。

第一波导4设置于容置空间内，且第一波导4的输入端与第一转动端相连，第一波导4的输出端与第三转动端相连。第二波导5设置于容置空间内，且第二波导5的输入端与第二转动端相连，第二波导5的输出端与第四转动端相连。

其中，第一波导4和第二波导5内均设有用于改变热变形方向的U形结构8。

本实施例通过在波导支架1的容置空间的顶部和底部分别设置二维转动输出机构3和二维转动输入机构2，并在容置空间内设置第一波导4和第二波导5，分别与二维转动输入机构2的第一转动端、第二转动端以及二维转动输出机构3的第三转动端、第四转动端相连。其中，第一波导4和第二波导5内均设置U形结构8，利用U型结构改变热变形方向，增加功率适应能力，解决了星载Ka频段大功率二维转动机构内波导结构本体力学强度不高，对高低温变化带来的热变形适应性较差问题，取得了二维转动机构波导力学结构可靠、热变形适应能力强、结构重量轻、转动可靠性高等有益效果。

下面对本实施例的用于Ka频段二维转动机构的波导结构的具体结构进行进一步说明：

在本实施例中，上述的第一转动端可为第一输入旋转关节201，第二转动端为第二输入旋转关节202。第一输入旋转关节201的转轴与第二输入旋转关节202的转轴同轴连接。

第三转动端可为第一输出旋转关节301，第四转动端为第二输出旋转关节302。第一输出旋转关节301的转轴与第二输出旋转关节302的转轴同轴连接。

进一步地，第一输入旋转关节201和第二输入旋转关节202的转动轴线垂直于第一输出旋转关节301和第二输出旋转关节302的转动轴线。

进一步地，第一输入旋转关节201和第二输入旋转关节202均通过第一关节支架203固定于波导支架1上，第一输出旋转关节301和第二输出旋转关节302均通过第二关节支架303固定于波导支架1上。

其中，旋转关节的轴承刚度：1.0435E+8N/m，承载能力2.2kN。

在本实施例中，第一波导4和第二波导5可为相对设置的两个波导结构本体。(两个波导结构本体可设置为容置空间的中心轴线对称布置)

其中，波导结构本体可包括依次连接的第一L形结构6、第二L形结构7和U形结构8。

两个波导结构本体的第一L形结构6的输入端分别与第一转动端和第二转动端连接。两个波导结构本体的第一U形结构8的输出端分别与第三转动端和第四转动端连接。

需要说明的是，上述的各个结构之间以及结构与转动端之间均可通过BJ260借口的波导法兰实现连接。

进一步地，第一L形结构6与第二L形结构7之间垂直连接。

即以竖直方向为Z轴建立坐标系，波导的具体连接方式如下：

第一L形结构6包括相连的第一杆形结构和第二杆形结构。第二L形结构7包括相连的第三杆形结构和第四杆形结构。U形结构8包括依次相连的第五杆形结构、第六杆形结构、第七杆形结构和延伸结构。

其中，在第一波导4对应的波导结构本体中，第一杆形结构沿Z轴正方向布置。第二杆形结构沿X轴正方向布置。第三杆形结构沿X轴正方向布置。第四杆形结构沿Y轴正方向布置。第五杆形结构沿Y轴正方向布置。第六杆形结构沿Z轴方向布置。第七杆形结构沿Y轴负方向布置。延伸结构沿Z轴正方向布置。

而第二波导5即为相反的布置方式，在此不再赘述。两个波导对称成设置不额外增加二维转动机构内的空间需求，充分利用框架结构设计支架与波导走向，实现了紧凑结构的二维转动机构内的信号稳定传输。并且，波导结构本体进行了适当拆分，方便对内腔进行涂镀，进一步降低插损和热耗。

在本实施例中，波导支架1包括支撑框架、第一安装板和第二安装板。

支撑框架的上表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第一耳孔，支撑框架的下表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第二耳孔。

第一安装板设于两个第一耳孔之间，用于固定第一波导4的输入端和第二波导5的输入端。第二安装板设于两个第二耳孔之间，用于固定第一波导4的输出端和第二波导5的输出端。两块安装板之间即为上述的容置空间。

在本实施例中，第一波导4和第二波导5可满足Ka频段单路50W大功率连续波传输。

进一步地，二维转动输入机构2的跨距为400mm～500mm。二维转动输出机构3的跨距为400mm～500mm。第一波导4和第二波导5的跨距范围则可为100mm～150mm，可满足两路BJ260规格(频率范围23～29GHz)波导的传输。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，包括：

波导支架，所述波导支架内设有容置空间；

二维转动输入机构，设于所述容置空间的底部，且所述二维转动输入机构包括同轴转动的第一转动端和第二转动端；

二维转动输出机构，设于所述容置空间的顶部，且所述二维转动输出机构包括同轴转动的第三转动端和第四转动端；

第一波导，设置于所述容置空间内，且所述第一波导的输入端与所述第一转动端相连，所述第一波导的输出端与所述第三转动端相连；

第二波导，设置于所述容置空间内，且所述第二波导的输入端与所述第二转动端相连，所述第二波导的输出端与所述第四转动端相连；

其中，所述第一波导和所述第二波导内均设有用于改变热变形方向的U形结构；

所述第一波导和所述第二波导为相对设置的两个波导结构本体；

所述波导结构本体包括依次连接的第一L形结构、第二L形结构和所述U形结构；

两个所述波导结构本体的所述第一L形结构的输入端分别与所述第一转动端和所述第二转动端连接；两个所述波导结构本体的所述U形结构的输出端分别与所述第三转动端和所述第四转动端连接；

所述第一L形结构与所述第二L形结构之间垂直连接；

以竖直方向为Z轴建立坐标系；

所述第一L形结构包括相连的第一杆形结构和第二杆形结构；所述第二L形结构包括相连的第三杆形结构和第四杆形结构；所述U形结构包括依次相连的第五杆形结构、第六杆形结构、第七杆形结构和延伸结构；

其中，在所述第一波导对应的所述波导结构本体中，所述第一杆形结构沿Z轴正方向布置；所述第二杆形结构沿X轴正方向布置；所述第三杆形结构沿X轴正方向布置；所述第四杆形结构沿Y轴正方向布置；所述第五杆形结构沿Y轴正方向布置；所述第六杆形结构沿Z轴方向布置；所述第七杆形结构沿Y轴负方向布置；所述延伸结构沿Z轴正方向布置。

2.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述第一转动端为第一输入旋转关节，所述第二转动端为第二输入旋转关节；所述第一输入旋转关节的转轴与所述第二输入旋转关节的转轴同轴连接；

所述第三转动端为第一输出旋转关节，所述第四转动端为第二输出旋转关节；所述第一输出旋转关节的转轴与所述第二输出旋转关节的转轴同轴连接。

3.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述第一转动端和第二转动端的转动轴线垂直于所述第三转动端和第四转动端的转动轴线。

4.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述波导支架包括支撑框架、第一安装板和第二安装板；

所述支撑框架的上表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第一耳孔，所述支撑框架的下表面设有两个相对设置且与支撑板垂直的第二耳孔；

所述第一安装板设于两个所述第一耳孔之间，用于固定所述第一波导的输入端和所述第二波导的输入端；

所述第二安装板设于两个所述第二耳孔之间，用于固定所述第一波导的输出端和所述第二波导的输出端。

5.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述第一波导和第二波导用于Ka频段单路50W大功率连续波传输。

6.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述二维转动输入机构的跨距为400mm～500mm；所述二维转动输出机构的跨距为400mm～500mm。

7.如权利要求1所述的用于Ka频段二维转动机构的波导结构，其特征在于，所述第一波导和所述第二波导的跨距范围为100mm～150mm。