用于S单频和X单频传输的双频旋转关节制造技术

本发明专利技术涉及一种用于S单频和X单频传输的双频旋转关节，包括X频段关节和S频段关节，X频段关节组成主要包括圆波导、矩形波导和短路筒，所述短路筒位于圆波导的两端且相互连通，所述矩形波导设置于圆波导的两端的侧圆面上，矩形波导与圆波导之间通过耦合孔相互连通；S频段关节组成主要包括同轴波导、二工分器、魔T和波导弯头，所述同轴波导与圆波导同轴设置，且位于圆波导外侧，在同轴波导与圆波导之间形成传输通道，所述二功分器分别位于同轴波导的两端两侧，并且与同轴波导与圆波导之间的传输通道相互连通，所述魔T的两个水平信号端口通过波导弯头与二功分器的两个信号端口相连通。本发明专利技术能同时传输S、X两个频段大功率射频信号的旋转关节，以解决S+X双频合建天线上行大功率信号动态传输的要求。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种微波元件，尤其涉及一种能实现S单频和X单频同时传输的双频旋转关节。

技术介绍

射频信号旋转关节是雷达馈线系统的核心部件，其主要工作就是：保证用于大功率微波信号传输的馈线系统装置（旋转关节）在机械位置上作相对旋转（一般为360o无限制）运动时所传输信号电气上低损耗且平稳传输。旋转关节的设计工作是十分复杂和繁琐的，旋转关节设计师碰到的难题往往就是：给出旋转关节的尺寸限制，然后进行电气方案设计。这就要求设计师将旋转关节的设计理论和工作原理与实际工作场合相结合，创造性的提出可行性方案。
S单频段旋转关节，目前S频段的单频段旋转关节技术相对成熟，能保证大型S频段测控天线上行大功率微波信号在关节旋转运动时所传输信号电气上低损耗且平稳传输。其缺点：仅能传输S频段大功率单频段微波信号，无法满足S+X双频合建天线两个不同频段的大功率微波信号同时传播的实际使用要求。
X单频段旋转关节，目前X频段的单频段旋转关节技术相对成熟，能保证大型X频段测控天线上行大功率微波信号在关节旋转运动时所传输信号电气上低损耗且平稳传输。其缺点：仅能传输X频段大功率单频段微波信号，无法满足S+X双频合建天线两个不同频段的大功率微波信号同时传播的实际使用要求。
X+L旋转关节[1]是一种超大直径的X、L双频旋转关节设计方案，该方法包括对零分贝及同轴线刨开圆环旋转关节工作原理的分析，对旋转关节的结构组成、关键尺寸选择、模式匹配及通道间隔离设计等进行了详细的设计，缺点是尺寸较大，在特殊安装场合天线（如船载天线）的狭小安装空间无法安装；X波段关节损耗偏大，不适合长路径传输高频信号；反射系数大，驻波指标偏高；实现了X+L频段的信号传输，不能完成S+X频段信号传输，无法满足S+X双频合建天线两个不同频段的大功率微波信号同时传播的实际使用要求。

技术实现思路

本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种插入损耗小、电压驻波比低、功率容量大，能同时传输S、X两个频段大功率射频信号的旋转关节，以解决S+X双频合建天线上行大功率信号动态传输的要求。
本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种用于S单频和X单频传输的双频旋转关节，包括X频段关节和S频段关节，X频段关节组成主要包括圆波导、矩形波导、短路筒、及圆波导与矩形波导之间的耦合孔，所述短路筒位于圆波导的两端且相互连通，所述矩形波导设置于圆波导的两端的侧圆面上，矩形波导与圆波导之间通过耦合孔相互连通；S频段关节组成主要包括同轴波导、二工分器、魔T和波导弯头，所述同轴波导与圆波导同轴设置，且位于圆波导外侧，在同轴波导与圆波导之间形成传输通道，所述二功分器是由两个对称布置的小矩形波导组成，所述小矩形波导分别位于同轴波导的两端两侧，并且与同轴波导与圆波导之间的传输通道相互连通，所述魔T的两个水平信号端口通过波导弯头与二功分器的两个信号端口相连通。
通过选取合适的矩形波导耦合孔径位置及尺寸，将其传输模式（TE10模式）转为同轴波导传输模式（TEM）；采用对称激励加魔T的方法来消除TE11模式，通过计算耦合孔的耦合量以及魔T的功分性能，利用耦合处理的反相激励，将TE11模式抵消，保证关节主体中只存在TEM模式，从而完成了以TEM模式作为信号传输模式的S频段旋转关节设计，其接口形式是BJ22的矩形波导。通过选取矩形波导合适的耦合孔径位置及尺寸，将其传输模式（TE10模式）转为圆波导传输模式（TM01模式）；在圆波导中选择合适的激励位置，使圆波导中的TM01模激励最大，同时基模激励最小；通过选取合适的圆波导短路位置，再次对基模加以抑制，从而完成以TM01模式作为信号传输模式的X频段旋转关节设计，其接口采用BJ84矩形波导。将S/X旋转关节以同轴嵌套形式结合在一起，根据关节通路的排布形式，选择不同的扼流槽，包括S型和改进L型扼流槽，最终完成整个S/X双频旋转关节设计。
在通路的布局上使用两通路同轴嵌套的形式，将X频段的旋转关节布置于轴心部分，使用圆波导作为关节主体。
S频段波导采用对称激励的形式，使用二功分器将同轴线基模激励出来，同时抑制第一个高次模。当同轴线中的信号被耦合进矩形波导后，利用魔T将耦合出的信号合成并输出。
X频段波导选择在圆波导的合适位置开耦合孔以达到对TM01的激励，同时选择合适的短路筒高度以对TE11模式进行抑制。
与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
⑴电气性能指标高，能够同时传输S/X频段射频信号。
⑵结构紧凑，能够安装在天线中心体狭小空间内。
⑶承载能力强，能够耐压>1000W。
⑷信号传输损耗小，插损＜0.4dB。
⑸反射系数低，电压驻波比＜1.15:1。
⑹结构设计易于加工制造。
附图说明
图1为S/X双频旋转关节结构示意图；
图2为X频段旋转关节结构示意图；
图3为同轴波导转矩形波导的二功分器仿真图；
图4为魔T仿真图；
图5为波导弯头过渡仿真图；
图6为S频段关节部分组成仿真图；
图7为双频段关节整体轴向剖示图；
图8为X频段旋转关节功率容量仿真结果；
图9为S频段旋转关节功率容量仿真结果。
其中：
圆波导1、矩形波导2、短路筒3、耦合孔4、同轴波导5、二工分器6、魔T7、波导弯头8。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
本实施例中的一种用于S单频和X单频传输的双频旋转关节，在一个关节中同时传输S与X频段的射频信号，关节设计两个通道，分别传输S频段与X频段的发射信号。设计时分别对两路旋转关节进行设计，在各个关节设计完成后，将两路关节结合在一起，使旋转关节整体具有同时传输S与X频段的能力。关节示意图如图1所示。
（1）X频段旋转关节设计与仿真
X频段关节组成主要包括圆波导1、矩形波导2、短路筒3、及圆波导1与矩形波导2之间的耦合孔4，所述短路筒3位于圆波导1的两端且与短路筒3连通，所述矩形波导2设置于圆波导1的两端的侧圆面上，矩形波导2与圆波导1之间通过耦合孔4相互连通，X频段信号由其中一个矩形波导2通过耦合孔4进入圆波导1，再经过圆波导1由另一个耦合孔4传送至另一个矩形波导2出来，X频段关节设计相对简单，其主要关键技术在于如何激励TM01模式，同时避免激励TE11模式。选择在圆波导1的合适位置开耦合孔4以达到对TM01的激励，同时选择合适的短路桶3高度以对TE11模式进行抑制。如图2所示，短路桶3的高度决定了对TE11模式的抑制度以及对TM01模式的激励程度，设计时先对半个X频段关节的组成进行设计及仿真建模，因关节属于上下对称结构，计算好半个关节后，将关节整体组合起来后的电气性能不会改变，这样，根据仿真模型，X波导式旋转关节各部位的尺寸就可以初步选定。以选定的尺寸通过使用高频仿真软件进行仿真计算,调整选取适当的尺寸经改变圆波导与标准矩形波导加入阶梯式过渡段,调整耦合孔径大小及位置,便可计算获得满足或高于工程所提技术指标要求，其驻波曲线计算结果低于-30dB。再经过进一步优化计算，使整个关节的电气性能处于优良状态。
（2）S频段旋转关节设计与仿真
S频段关节组成主要包括同轴波导5、二工分器6、魔T7和波导弯头8。所述同轴波导5与圆波导1同轴设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于S单频和X单频传输的双频旋转关节，其特征在于：它包括X频段关节和S频段关节，X频段关节组成主要包括圆波导（1）、矩形波导（2）、短路筒（3）、及圆波导（1）与矩形波导（2）之间的耦合孔（4），所述短路筒（3）位于圆波导（1）的两端且相互连通，所述矩形波导（2）设置于圆波导（1）的两端的侧圆面上，矩形波导（2）与圆波导（1）之间通过耦合孔（4）相互连通；S频段关节组成主要包括同轴波导（5）、二工分器（6）、魔T（7）和波导弯头（8），所述同轴波导（5）与圆波导（1）同轴设置，且位于圆波导（1）外侧，在同轴波导（5）与圆波导（1）之间形成传输通道，所述二功分器（6）是由两个对称布置的小矩形波导组成，所述小矩形波导分别位于同轴波导（5）的两端两侧，并且与同轴波导（5）与圆波导（1）之间的传输通道相互连通，所述魔T（7）的两个水平信号端口通过波导弯头（8）与二功分器（6）的两个信号端口相连通。

【技术特征摘要】
1.一种用于S单频和X单频传输的双频旋转关节，其特征在于：它包括X频段关节和S频段关节，X频段关节组成主要包括圆波导（1）、矩形波导（2）、短路筒（3）、及圆波导（1）与矩形波导（2）之间的耦合孔（4），所述短路筒（3）位于圆波导（1）的两端且相互连通，所述矩形波导（2）设置于圆波导（1）的两端的侧圆面上，矩形波导（2）与圆波导（1）之间通过耦合孔（4）相互连通；S频段关节组成主要包括同轴波导（5）、二工分器...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛南平，房新兵，何剑伟，瞿元新，潘高峰，李红艳，刘为民，刘洋，刘四方，徐光明，夏利利，薛军，王萍，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六八零部队，
类型：发明
国别省市：江苏;32