[发明专利]超小型波导旋转关节

说明书

技术领域

本发明属于微波通信领域，涉及一种波导旋转关节，特别是通过特殊的模式转换结构来减小整体尺寸的一种波导旋转关节。 

背景技术

在天线微波信号的传输系统中，为了满足天线在工作中不断地搜索目标、跟踪目标以及测量目标的需要，往往要求天线方位上能360°旋转，俯仰上能±90°旋转。此时网络和馈源之间就必须安装波导旋转关节，保证微波信号能有效地传输，这就是波导旋转关节的用途。旋转关节由固定和旋转两大部分组成。设计良好的宽频带波导旋转关节要求在连接处可以平稳旋转，又要保证在动、定部件之间有良好的电连接，使宽频段覆盖系统能达到较好的驻波和较小的系统损耗 

为了实现旋转过程中，电气指标的一致性，关键在于传输微波信号的矩形波导与旋转部分要求的圆形波导之间激励结构。旋转关节中的圆波导中传输的波形为轴对称模TH01，而从矩形波导的TE10模耦合到圆形波导中时，不可避免地会同时产生非对称模TE11。所以圆波导内的非对称模TE11必须抑制掉。抑制TE11波的方法很多，现有的激励模方式主要有单边波导激励和双边波导激励。在单边激励模式中有如混合模TE-TM短路线；沿圆波导轴线方向将同轴短路支线延伸到矩形波导以下以及用谐振环作为滤波器等方法。这些方法都能较好地滤除、抑制TE11模。但是，它们在结构、工艺上较复杂不宜实现，且在高频波段受加工精准度影响较大。而双边激励虽然对TE11模的抑制较为明显，加工难度也相对较小，但无论是常用的双边缝隙耦合还是利用差模原理的对称波导耦合结构，因受其对称激励结构的影响，都不可避免地会增加旋转关节的整体尺寸。随着国防科学技术进一步发展，武器设备对于系统要求也越来越高，尤其到了毫米波波段，所能利用的空间尺寸越来越小，按照以上按常规方案设计的旋转关节已无法满足使用的要求。 

发明内容

为了克服波导旋转关节中现有技术的不足，本发明提出一种新型的具有独特激励结构的超小型波导旋转关节。因其外形尺寸可显著缩小，在系统空间受到局限的情况下，具有明显的应用优势。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本超小型波导旋转关节由固定部分和旋转部分组成。其每个部分均由一个矩形波导和圆形波导以及一个叫做TE11模抑制沟槽所构成的模式转换装置连接而形成。其中矩形波导横截面为矩形，其纵向延伸到短路面。圆形波导的横截面为圆形，其纵向与矩形波导的E面成正交相连。圆形波导的圆心处于矩形波导E面的中心线上。在圆形波导与矩形波导相交处，开有一个长圆沟槽。其槽深方向为沿着圆波导纵轴背离矩形波导的方向。沟槽横截面相对于圆波导的中心呈对称结构，且长度方向垂直于矩形波导的纵轴。因其沟槽开在圆形波导内部，并不占用额外空间，故可明显减少整个旋转关节的外部尺寸。 

所述的的旋转关节固定与旋转部分通过扼流槽与滑动装置相连接 

所述的扼流槽为具有1/4λ的双槽结构，通过短路-开路-短路的原理，实现在电气上的连接，而在结构上实现分离。其中λ为波导中传输的电磁波的波长。 

所述滑动装置为轴承。 

所述的短路面由一个具有同矩形波导横截面相同截面的矩形金属块插入矩形波导的另一端而构成。短路面到圆形波导中心线的距离为1/4λ。 

所述长圆形沟槽长度为传输信号波长的1/2或者1/2λ的奇数倍。 

所述旋转关节由金属材料加工而成。 

本发明原理为：在矩形波导中传输的主模为TE10模，其经过与圆形波导的正交激励后，会在圆形波导中同时产生TE11和TM01两种模式。其中TM01模的电场相对与圆形波导的圆心呈轴对称分布，而TE11模的电场相对于圆形波导的圆心呈非对称分布。这两种模式在圆波导中是同时存在的。对于旋转关节来说只需要电场呈对称分布的TM01模，而TE11模需要被抑制掉。TE11模的电场矢量可分解成垂直于矩形波导信号传播方向(横向)和平行于矩形波导信号传播方向(纵向)两部分。其中纵向分量通过1/4波长短路面反射后在中心线位置形成等幅反向的信号，在纵向把TE11模抵消掉。而通过长圆沟槽可对横向产生的TE11模分量进行有效的抑制。当电磁信号通过这种模式转换装置后，可以保证在圆形波导中传播的主要模式为电场对称的TM01模，而TE11模的抑制度可达到40dB左右。这保证了旋转关节在工作时，传播信号的稳定性。 

本发明与现有技术相比的优点是： 

通过在圆形波导的内部开槽达到抑制TE11模式的目的，而不另外占用空间。可缩小旋转关节的整体尺寸。 

TE11模抑制槽可很好的抑制TE11模的产生，使得在旋转关节工作时，电信号可稳定传播。