一种低无源互调波导法兰转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种低无源互调波导法兰转换装置，通过构造双面周期性金属单元阵列，结合机械支撑结构，在普通波导法兰面之间形成具有双面空气间隙的非接触过渡连接。通过特定步骤确定周期性金属单元的结构形式、尺寸及空气间隙尺寸，获得合适的电磁禁带特性，保证电磁波无法从空气间隙中泄露，不影响电磁波正常传输的同时，实现波导过渡连接的内部非接触化，大幅消除了传统波导法兰连接的金属接触非线性，实现低无源互调性能。本发明专利技术所提转换装置无需改变原波导法兰结构，即可实现低无源互调过渡转换，具有较好的通用性。同时本发明专利技术所提装置具有宽带工作特性，可完全覆盖相应的波导工作带宽，可以应用于各种大功率低互调微波部件及测试系统中。

A Flange Conversion Device for Low Passive Intermodulation Waveguide

【技术实现步骤摘要】
一种低无源互调波导法兰转换装置
本专利技术涉及一种低无源互调波导法兰转换装置，能够用于各种大功率低无源互调微波部件及测试系统中，属于微波

技术介绍
无源互调(PassiveIntermodulation，PIM)效应是通信系统中的一种重要的干扰现象，广泛存在于各种大功率微波无源部件及连接结构中。为了保证通信系统的正常工作，需采取有效的无源互调抑制措施。产生无源互调的主要机理为接触非线性和材料非线性，其中材料非线性可以通过选择合适的材料而避免，而接触非线性则普遍存在于各种微波无源结构中。波导结构是各种大功率微波系统中最广泛应用的结构形式之一，而波导法兰连接是波导结构中产生无源互调的首要因素，目前常用的标准波导法兰采用物理连接方式，法兰的连接部分由于电镀、粗糙度、脏污以及材料界面过渡等多种因素的存在，会引起接触非线性，从而产生无源互调效应。目前已有的针对波导法兰的无源互调抑制措施主要有高压法兰和介质膜隔离方式。高压法兰除了增压台结构外，还需要保证接触面足够高的光洁度和精确的力矩紧固，对于加工装配工艺有着很高的要求，且由于存在着接触，无法从根本上消除接触非线性，存在着长期可靠性问题。介质膜隔离方式由于可靠性问题目前尚无法用于实际产品中。此外，目前存在的扼流(choke)式法兰，虽然避免了一部分电接触，但是由于其主要结构为四分之一波长扼流槽，无法实现宽带性能，工作带宽较窄，实际应用中也受限制。专利“一种低无源互调波导法兰及设计方法”提出基于非接触电磁带隙结构的低无源互调波导法兰，可以有效地抑制接触非线性，且工作带宽很宽。但是，该专利所提结构及方法需要改变原有波导法兰结构，在实际应用中通用性较差，相应地会产生相对较高的成本。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种低无源互调波导法兰转换装置，通过构造双面周期性金属单元阵列，结合机械支撑结构，在普通波导法兰面之间形成具有双面空气间隙的非接触过渡连接，通过特定设计步骤，保证电磁波沿波导正常传输而不泄露，降低了传统波导法兰的电接触面积，消除了金属接触非线性，有效抑制了无源互调效应。本专利技术的技术解决方案是：一种低无源互调波导法兰转换装置，包括支撑平板、周期性金属凸体阵列及机械支撑结构；所述周期性金属凸体阵列由若干金属凸体按照设定的规则排列于支撑平板的正反两面；机械支撑结构设置在支撑平板正反两面的四周边缘，机械支撑结构的表面分别高于相应周期性金属凸体阵列的表面。所述周期性金属凸体阵列中的金属凸体为任意规则形状，位于同一平面内的金属凸体的高度及结构形式保持一致。所述机械支撑结构与周期性金属凸体阵列不重合。所述支撑平板和机械支撑结构上预留波导传输口和螺钉固定孔，其位置和尺寸与相应的标准波导法兰面相同。所述机械支撑结构的结构形式为全封闭、半封闭或开放式结构。所述周期性金属凸体阵列中每个金属凸体的尺寸、相邻两金属凸体的间距，所述机械支撑结构表面与相应周期性金属凸体阵列表面的高度差的获得方法如下：步骤一：在电磁仿真程序中建立周期性金属凸体阵列中单个金属凸体的仿真模型，设置尺寸参数初值，尺寸参数包括每个金属凸体的尺寸、相邻两金属凸体的间距、机械支撑结构表面与相应周期性金属凸体阵列表面的高度差；设置周期性边界条件，设置本征求解模式；步骤二：通过本征值求解获得色散特性曲线，调整各个尺寸参数值，使得色散特性曲线中的频率禁带落入所需的工作频带范围内；步骤三：根据获得的各个尺寸参数值，在电磁仿真程序中建立所述低无源互调波导法兰转换装置与波导法兰连接后的整体仿真模型；步骤四：设置传输功率，仿真电场分布特性，根据传输功率大小选择周期性金属凸体阵列中金属凸体的数量；步骤五：仿真获得插损及驻波结果，调整各尺寸参数，使得在整个波导工作带宽内，驻波和插入损耗性能均满足要求。所述步骤一中，机械支撑结构的表面与相应的周期性金属凸体阵列表面的高度差小于工作频率对应的四分之一波长。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过构造双面周期性金属单元阵列，结合机械支撑结构，在传统波导法兰之间实现了内部非接触的过渡连接，降低了传统波导法兰的电接触面积，消除了接触非线性，有效抑制了无源互调效应。(2)本专利技术通过特定步骤确定周期性金属单元的结构形式、尺寸及空气间隙尺寸，获得合适的电磁禁带特性，实现对工作频段内电磁波的束缚，保证电磁波无法从非接触的空气间隙中泄露，从而在不影响电磁波沿波导正常传输的同时，实现波导过渡连接的内部非接触化，消除了传统波导法兰连接的金属接触非线性，实现低无源互调性能。(3)本专利技术不需要改变传统波导法兰结构即可实现低无源互调过渡连接，具有较好的通用性；本专利技术具有全波导带宽工作特性，可完全覆盖相应的波导工作带宽，可以应用于各种大功率低互调微波部件及测试系统中，且降低了对传统波导法兰表面处理工艺及装配工艺的要求。附图说明图1为本专利技术的低无源互调波导法兰转换装置结构尺寸示意图(俯视图)；图2为本专利技术的低无源互调波导法兰转换装置结构尺寸示意图(侧视图)；图3为本专利技术的低无源互调波导法兰转换装置中，正反面周期性金属凸体阵列的单个金属凸体仿真计算模型示意图；图4为本专利技术的低无源互调波导法兰转换装置在以匹配Ku频段BJ120(WR75)标准波导法兰为例实施过程中，正反面立方体周期性金属凸体阵列的色散特性仿真曲线图；图5为依据本专利技术设计实现的匹配Ku频段BJ120(WR75)标准波导法兰的转换装置的实测驻波及插入损耗性能图；图6为依据本专利技术设计实现的匹配Ku频段BJ120(WR75)标准波导法兰的转换装置的实测无源互调结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述：本专利技术的基本思路为：提出一种低无源互调波导法兰转换装置，通过构造双面周期性金属单元阵列，结合机械支撑结构，在普通波导法兰面之间形成具有双面空气间隙的非接触过渡连接。通过特定步骤确定周期性金属单元的结构形式、尺寸及空气间隙尺寸，获得合适的电磁禁带特性，实现对工作频段内电磁波的束缚，保证电磁波无法从非接触的空气间隙中泄露，从而在不影响电磁波沿波导正常传输的同时，实现波导过渡连接的内部非接触化，大幅消除了传统波导法兰连接的金属接触非线性，实现低无源互调性能。本专利技术所提转换装置无需改变传统波导法兰结构，即可实现低无源互调过渡转换，具有较好的通用性。同时本专利技术所提装置具有宽带工作特性，可完全覆盖相应的波导工作带宽，可以应用于各种大功率低互调微波部件及测试系统中。如图1、图2所示，一种低无源互调波导法兰转换装置，包括支撑平板1、周期性金属凸体阵列2及机械支撑结构3；周期性金属凸体阵列2由若干金属凸体按照一定规则排列于支撑平板1的正反两面所构成。周期性金属凸体阵列2中的金属凸体结构形式不限，可以为立方体、圆柱体、正方体等多种规则结构。同一平面内金属凸体高度及结构形式保持一致。机械支撑结构3设置于支撑平板1的四周，且与周期性金属凸体阵列2不重合。支撑平板1和机械支撑结构3上预留波导传输口和螺钉固定孔，其位置和尺寸与相应的标准波导法兰面相同。机械支撑结构3的结构形式不限，可设计为全封闭、半封闭或开放式结构。机械支撑结构3的正反表面分别高于相应周期性金属凸体阵列2的表面，用以在普通波导法兰间过渡时形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：包括支撑平板(1)、周期性金属凸体阵列(2)及机械支撑结构(3)；所述周期性金属凸体阵列(2)由若干金属凸体按照设定的规则排列于支撑平板(1)的正反两面；机械支撑结构(3)设置在支撑平板(1)正反两面的四周边缘，机械支撑结构(3)的表面分别高于相应周期性金属凸体阵列(2)的表面。

【技术特征摘要】
1.一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：包括支撑平板(1)、周期性金属凸体阵列(2)及机械支撑结构(3)；所述周期性金属凸体阵列(2)由若干金属凸体按照设定的规则排列于支撑平板(1)的正反两面；机械支撑结构(3)设置在支撑平板(1)正反两面的四周边缘，机械支撑结构(3)的表面分别高于相应周期性金属凸体阵列(2)的表面。2.根据权利要求1所述的一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于，所述周期性金属凸体阵列(2)中的金属凸体为任意规则形状，位于同一平面内的金属凸体的高度及结构形式保持一致。3.根据权利要求1或2所述的一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：所述机械支撑结构(3)与周期性金属凸体阵列(2)不重合。4.根据权利要求3所述的一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：所述支撑平板(1)和机械支撑结构(3)上预留波导传输口和螺钉固定孔，其位置和尺寸与相应的标准波导法兰面相同。5.根据权利要求4所述的一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：所述机械支撑结构(3)的结构形式为全封闭、半封闭或开放式结构。6.根据权利要求4或5所述的一种低无源互调波导法兰转换装置，其特征在于：所述周期性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，孙冬全，崔万照，双龙龙，王瑞，贺永宁，周强，胡少光，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61