一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用技术

本发明专利技术属于微波毫米波旋转及柔性机构技术领域，公开了一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用，若干等半径的圆弧面金属凸体沿柱状基体的外圆柱面以周期性规则排列构成阵列结构，每个金属凸体上部设置内嵌滚珠。屏蔽体内部为圆柱体空腔，其圆柱腔与柱状基体的柱面圆弧呈同心圆关系，以特定步骤确定合适的尺寸参数，圆弧面金属凸体阵列与内嵌滚珠组合后插入屏蔽体的圆柱腔中，以间隙配合方式构成接触结构，金属凸体阵列、内嵌滚珠及圆柱腔共同构成具有宽电磁禁带的电磁带隙结构，实现宽带电磁屏蔽。本发明专利技术电磁屏蔽结构具有可旋转特性，在合适的尺寸条件下具有抗磨损性能，实现微波毫米波电路及结构在旋转、可动时的宽带电磁屏蔽。

【技术实现步骤摘要】
一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用
本专利技术属于微波毫米波旋转及柔性机构
，尤其涉及一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用。
技术介绍
目前，在各类微波毫米波旋转及柔性机构，如旋转关节、柔性关节、旋转式开关中，实现结构旋转可动的同时保持正常的电磁屏蔽性能，对于保证电路部件的功能和性能十分重要。例如雷达中广泛应用的旋转关节，其旋转部位无法采用硬接触方式，必须采用具有可旋转特性的电磁屏蔽结构，使得电磁信号无法从旋转部位泄露耦合，方能保证旋转关节良好的电磁传输性能。对于此类支持旋转特性的电磁屏蔽结构，业内现有的技术总体分为两类：第一，扼流槽结构的非接触式结构，利用扼流槽结构实现电磁屏蔽，非接触结构实现旋转。但扼流槽结构依赖于四分之一波长变换结构，因此其为窄带结构，无法实现宽带电磁屏蔽，且非接触式结构在接触部位缺乏足够的力学及结构支撑。第二，电刷或弹片的接触式结构，利用电刷或弹片实现旋转过程中的电磁屏蔽，但是此类结构为接触式结构，在旋转过程中旋转部位会存在额外的摩擦阻力，受制造及装配工艺影响，实际中会导致接触部位的阻力不均匀，进而造成旋转不平稳。且接触式结构在经过长时间旋转后，会造成磨损，磨损后则会影响电磁屏蔽性能。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)目前支持旋转特性的扼流槽非接触式电磁屏蔽结构无法实现宽带电磁屏蔽，且非接触式结构缺乏足够的力学及结构支撑。(2)目前已有的支持旋转特性的接触式电磁屏蔽结构存在磨损和旋转不平稳的问题。解决以上问题及缺陷的难度为：对于旋转或可动的电磁结构，在其旋转或可动部位无法采用硬连接结构，如果在结构可动可旋转的同时无法保证足够的电磁屏蔽特性，则会严重影响相关微波毫米波柔性机构及部件的性能。对于此类旋转结构，如果采用简单的非接触结构，则非接触的结构间隙会导致电磁泄露，影响电磁屏蔽效果；如果采用扼流槽式的非接触结构，虽然可以实现一定程度的电磁屏蔽，但无法实现宽带的电磁屏蔽特性，实际应用中使得工作带宽受限；而已有的接触式结构，虽然可以实现宽带的电磁屏蔽，但会存在磨损和旋转不平稳的问题。如何实现结构性能优秀，旋转平稳，又具有宽带的电磁屏蔽特性，同时又具有抗磨损性能，是该项技术的难点，到目前为止尚无有效的解决方案。解决以上问题及缺陷的意义为：针对上述问题，本专利技术提出一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用。通过本专利技术的结构，既实现了旋转可动部位的平稳旋转，又可以实现宽带的电磁屏蔽特性，且基于本专利技术的结构和方法，还可以实现一定程度的抗磨损性能，对于解决现有技术的缺陷有着重要的意义，可以大幅改善相关微波毫米波柔性机构及部件的性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构、设计方法及应用。本专利技术是这样实现的，一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构包括柱状基体、圆弧面金属凸体阵列、内嵌滚珠及屏蔽体；圆弧面金属凸体阵列设置于柱状基体的外圆柱面，每个金属凸体上部设置内嵌滚珠；屏蔽体为具有圆柱体内腔的独立结构；所述柱状基体为圆柱体或部分圆柱体，柱状基体的材料为金属或表面电镀金属层材料。进一步，所述圆弧面金属凸体阵列由多个等半径的圆弧面金属凸体构成，金属凸体沿柱状基体外部的连续柱面以周期性规则排列，金属凸体的外圆弧与柱状基体的柱面圆弧呈同心圆关系，每个金属凸体表面嵌入内嵌滚珠。进一步，所述内嵌滚珠为金属材料的球体或圆柱体结构，柱状基体的轴向长度大于等于圆弧面金属凸体阵列沿轴向的总长度。进一步，所述柱状基体为完整的圆柱体结构，所述圆弧面金属凸体阵列中，各金属凸体的结构及尺寸完全相同，金属凸体上部每个内嵌滚珠的结构、尺寸及嵌入方式相同，每一圈金属凸体位于柱状基体的同一轴向截面内，沿柱状基体的外圆柱面以等弧度间距方式排列，同时沿轴向以等间距方式排列。进一步，所述屏蔽体内腔直径设计值等于圆弧面金属凸体阵列与内嵌滚珠组合后的外圆弧直径，屏蔽体内腔高度大于等于圆弧面金属凸体阵列沿轴向的总长度。进一步，柱状基体的柱面圆弧与屏蔽体内腔呈同心圆关系，将柱状基体插入屏蔽体中，圆弧面金属凸体阵列中的内嵌滚珠与屏蔽体的内壁相接触，装配时做间隙配合处理，在旋转过程中保证内嵌滚珠处于滚动状态，此时圆弧面金属凸体阵列、内嵌滚珠及屏蔽体内腔共同构成可旋转的宽带电磁屏蔽结构。本专利技术的另一目的在于提供一种所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构的设计方法，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构的设计方法包括：柱状基体的柱面圆弧半径为r1，在最优的结构及排列方式下，圆弧面金属凸体阵列中，沿轴向包括M圈金属凸体，每一圈包括N个金属凸体，每个金属凸体的径向高度为hp，金属凸体的轴向厚度为w，轴向周期性排列间距为g，金属凸体的外圆弧面弧度为deg1，相邻金属凸体间的切向弧度为deg2，内嵌滚珠的半径为rc，安装后内嵌滚珠的圆心截面距金属凸体的外弧面距离为doff，称之为滚珠径向回退距离，屏蔽体的内腔半径为r2，r2＝r1+hp+rc-doff。进一步，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构的设计方法包括以下步骤：(1)根据实际需求选定柱状基体的具体结构形式，确定其柱面圆弧半径r1具体值，选定内嵌滚珠的结构形式，如果选择圆柱体结构的内嵌滚珠，则需增加一个尺寸参数：内嵌滚珠高度hc；(2)确定其他尺寸参数初值：金属凸体径向高度hp初值为电磁禁带中心频率f0在真空中波长的四分之一，hp＝c/(4f0)，c为真空中的电磁波传播速度，金属凸体轴向厚度w和轴向间距g初值等于径向高度hp，金属凸体外圆弧弧度deg1和凸体间切向弧度deg2满足关系deg1+deg2＝2π/N，初始情况下，内嵌滚珠与屏蔽体的内腔壁之间无磨损，则空气间隙ha为0，内嵌滚珠的尺寸根据金属凸体的尺寸选择；(3)在电磁计算软件中建立该抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构模型，周期性结构采用最小单元模型，非周期性结构采用全尺寸仿真，计算获得电磁屏蔽禁带；(4)根据电磁屏蔽禁带随屏蔽结构尺寸的变化规律对金属凸体径向高度hp、轴向厚度w、轴向间距g、单圈内金属凸体数量N、金属凸体弧面弧度deg1、金属凸体间切向弧度deg2及内嵌滚珠的半径rc、高度hc、径向回退距离doff等参数进行调整；(5)根据实际的磨损情况，设定磨损范围，在磨损范围内计算电磁屏蔽禁带，其中磨损范围指：在经过一定的旋转磨损后，内嵌滚珠与屏蔽体的内腔壁之间所形成的空气间隙ha的尺寸范围；(6)重复步骤(3)-(5)，直至电磁屏蔽禁带满足要求；(7)根据实际的电磁屏蔽性能需求，选择沿轴向的金属凸体圈数M，结合具体应用场景，选定柱状基体的轴向长度L和屏蔽体的内腔高度H，其中，L≥M×w+(M-1)×g；H≥M×w+(M-1)×g。进一步，所述圆弧面金属凸体阵列中金属凸体也可以采取错位交叉排列的方式。本专利技术的另一目的在于提供一种所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构在微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构包括柱状基体、圆弧面金属凸体阵列、内嵌滚珠及屏蔽体；圆弧面金属凸体阵列设置于柱状基体的外圆柱面，每个金属凸体上部设置内嵌滚珠；屏蔽体为具有圆柱体内腔的独立结构；/n所述柱状基体为圆柱体或部分圆柱体，柱状基体和屏蔽体的材料为金属或表面电镀金属层的材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构包括柱状基体、圆弧面金属凸体阵列、内嵌滚珠及屏蔽体；圆弧面金属凸体阵列设置于柱状基体的外圆柱面，每个金属凸体上部设置内嵌滚珠；屏蔽体为具有圆柱体内腔的独立结构；
所述柱状基体为圆柱体或部分圆柱体，柱状基体和屏蔽体的材料为金属或表面电镀金属层的材料。


2.如权利要求1所述的抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述圆弧面金属凸体阵列由多个等半径的圆弧面金属凸体构成，金属凸体沿柱状基体外部的连续柱面以周期性规则排列，金属凸体的外圆弧与柱状基体的柱面圆弧呈同心圆关系，每个金属凸体表面嵌入内嵌滚珠。


3.如权利要求2所述的抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述内嵌滚珠为金属材料的球体或圆柱体结构，柱状基体的轴向长度大于等于圆弧面金属凸体阵列沿轴向的总长度。


4.如权利要求1所述的抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述柱状基体为完整的圆柱体结构，所述圆弧面金属凸体阵列中，各金属凸体的结构及尺寸完全相同，金属凸体上部每个内嵌滚珠的结构、尺寸及嵌入方式相同，每一圈金属凸体位于柱状基体的同一轴向截面内，沿柱状基体的外圆柱面以等弧度间距方式排列，同时沿轴向以等间距方式排列。


5.如权利要求1所述的抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，所述屏蔽体内腔直径设计值等于圆弧面金属凸体阵列与内嵌滚珠组合后的外圆弧直径，屏蔽体内腔高度大于等于圆弧面金属凸体阵列沿轴向的总长度。


6.如权利要求1所述的抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构，其特征在于，柱状基体的柱面圆弧与屏蔽体内腔呈同心圆关系，将柱状基体插入屏蔽体中，圆弧面金属凸体阵列中的内嵌滚珠与屏蔽体的内壁相接触，装配时做间隙配合处理，在旋转过程中保证内嵌滚珠处于滚动状态，此时圆弧面金属凸体阵列、内嵌滚珠及屏蔽体内腔共同构成可旋转的宽带电磁屏蔽结构。


7.一种如权利要求1～6任意一项所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构的设计方法，其特征在于，所述抗磨损可旋转宽带电磁屏蔽结构的设计方法包括：柱状基体的柱面圆弧半径为r1，在最优的结构及排列方式下，圆弧面金属凸体阵列中，沿轴向包括M圈金属凸体，每一圈包括N个金属凸体，每个金属凸体的径向高度为hp，金属凸体的轴向厚度为w，轴向周期性排列间距为g，金属凸体的外圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，孙冬全，崔万照，李小军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61