本发明专利技术公开了一种高功率机械式同轴波导微波移相器，包括外导体和与所述外导体同轴的内导体组件；所述内导体组件包括固定段和活动段，所述固定段呈顶部具有开口的筒状，所述活动段呈底部具有开口的筒状，所述固定段的内径与所述活动段的外径匹配，所述活动段可沿所述固定段的内壁滑动；还包括控制所述固定段底部与所述活动段顶部之间距离的控制结构；所述控制结构包括电机，所述电机与所述活动段之间设有相互配合的齿轮。通过控制内导体组件的长短，即控制活动段对固定段截断点的位置，即可实现TEM‑TM01模式的转换；通过控制活动段截断面与外导体顶部之间距离，使设计的伸缩范围满足长度要求后，即可达到360°的移相功能。
【技术实现步骤摘要】
一种高功率机械式同轴波导微波移相器
本专利技术涉及微波传输
，特别是高功率微波传输
，具体而言，涉及一种高功率机械式同轴波导微波移相器。
技术介绍
矩形波导、圆波导、同轴线是常见的微波传输线，矩形波导是单导体，截面矩形；圆波导是单导体，截面圆形；同轴线是双道题导体，由内、外同轴圆形导体组成，导体之间是呈圆环的介质结构。在这几种均匀、长直的传输线中传输的微波周期地以有规律的电磁场分布。移相器是微波器件中重要的一类器件，主要用于对特定相位需求的处理，广泛应用于雷达、通讯、仪器仪表、电力电子等各种领域中。由于移相器对设备和系统的性能有着非常重要和直接的影响，因此研究具有高精度、高转换速度、高功率容量、损耗小、体积小和重量轻的移相器具有重要意义。根据实现方式划分，移相器可以分类为机械式移相器、铁氧体移相器、固态移相器等。其中采用机械式实现移相的移相器常常具有较高的功率容量和较高的可靠性。尤其是在高功率微波系统中特别重视各器件的功率容量，所以采用波导作为载体的机械式移相器常常在此类系统中被采用。机械移相器也是发展得较早的一类移相器，一般采用线性移动或者旋转的方式实现移相功能。文献报道中较早的机械式移相器是FoxA.G.于1947年提出的一种通过改变旋转圆波导中的介质片来改变输出相位[FoxA.G.Anadjustablewave-guidephasechanger[J].ProceedingsoftheIRE，1947，35(12):1489-1498]；或者通过改变传输线的介电常数与电磁波的波数实现影响输出相位[CollinR.E.Waveguidephasechanger[J].WirelessEngineer，1955，32(3):81-87]、[CollinR.E.Fieldtheoryofguidedwaves[M].NewYork:IEEEpress，1991，272-274]。二十世纪六十年代HansenR.C提出一种空气同轴线结构的移相器，是一种单频移相器，改变其传输线的物理长度可以实现移相，同轴主体是可以伸缩的，也是利用了的机械结构的可靠性[HansenR.C.MicrowaveScanningAntennas[C].AcademicPress，McGraw-Hill，Newyork.1966，273-278]。在现代的高功率微波应用中机械式移相器较为常见。国内方面，赵雪龙研制了一种用于TM01传输的移相器，使用了两个十字交叉圆极化器以相对旋转的方式实现移相，对旋转角度控制准确性要求较高[赵雪龙，袁成卫，刘列，彭升人，白珍，蔡丹.高功率微波TM01模式移相器[J].国防科技大学学报，2015，(02):40-42]。Q.Zhang通过采用改变插入金属片长度的方法控制相位，同时移相器传输效率较高[Q.Zhang，C.YuanandL.Liu.Studiesonmechanicaltunablewaveguidephaseshiftersforphased-arrayantennaapplications.2016IEEEInternationalSymposiumonPhasedArraySystemsandTechnology(PAST)，Waltham，MA，2016，pp.1-3]。中物院廖勇等设计的矩形波导移相器，其在矩形波导中放置平行于电场的可沿波导宽边移动的金属片实现了波导内的可变相移[廖勇，谢平，徐刚，陈世韬，施美友，马弘舸.一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析[J].强激光与粒子束，2015，(06):198-203]。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种损耗小、结构紧凑，同时高精度实现微波模式转换功能的一种高功率机械式同轴波导微波移相器。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高功率机械式同轴波导微波移相器，包括外导体和与所述外导体同轴的内导体组件；所述内导体组件包括固定段和活动段，所述固定段呈顶部具有开口的筒状，所述活动段呈底部具有开口的筒状，所述固定段的内径与所述活动段的外径匹配，所述活动段可沿所述固定段的内壁滑动；还包括控制所述固定段底部与所述活动段顶部之间距离的控制结构；所述控制结构包括电机，所述电机与所述活动段之间设有相互配合的齿轮。本专利技术的一种高功率机械式同轴波导微波移相器具有以下优点：1)TEM模式与TM01模式是两种电磁场分布较为相似的对称场分布模式且TM01模式在圆波导结构中是快波；由于所述内导体组件中的活动段可沿所述固定段的内壁滑动，因此通过控制内导体组件的长短，即控制活动段对固定段截断点的位置，即可实现TEM-TM01模式的转换；2)根据所传输的微波频率下的波导波长计算出所需要最小可伸缩范围，该长度至少为波导波长的一倍，通过控制活动段截断面与外导体顶部之间距离，使设计的伸缩范围满足长度要求后，即可达到360°的移相功能。本专利技术的结构简单，具有较高的功率容量。进一步地，本专利技术的控制结构可通过以下三种方式来对活动段的上下运动进行控制：第一种：所述活动段顶部设有活动连杆，所述活动连杆的轴向设有第一齿轮，所述电机上设有与所述第一齿轮配合的第一转动齿轮，所述第一转动齿轮为直齿轮。优选地，所述活动连杆与所述外导体和内导体组件的中心轴平行。第二种：所述活动段内壁轴向设有第一齿轮，所述电机上设有与所述第一齿轮配合的第一转动齿轮，所述第一转动齿轮为直齿轮。在第一种和第二种方式中，可以在所述固定段底部设置用于支撑所述电机的支架。第三种：所述活动段内壁轴向设有第一齿轮，所述电机上设有第二转动齿轮，所述控制结构还包括与所述第一齿轮配合的从动齿轮、与所述第二转动齿轮配合的主动齿轮，所述从动齿轮和主动齿轮串接在转轴上，所述活动段内壁轴向设有与所述转轴匹配的导向槽，所述固定段上设有与供所述转轴转动的转孔；所述第二转动齿轮和所述主动齿轮为斜齿轮。进一步地，所述外导体与固定段之间设有使所述固定段与外导体外部导通的空心杆。该空心杆一来可以固定外导体与内导体组件的相对位置，二来可以作为电机缆线的布置通道，使电机放置于固定段的内部，在很大程度缩小整个移相器的体积。进一步地，所述活动段顶部设有倒圆角。活动段顶部的倒圆角有助于减小此位置处的电场强度，实现高功率容量；同时，可以提高同轴波导-圆波导模式转换的效率，降低反射和实现匹配。进一步地，所述固定段顶部与所述活动段的配合处设有45°切角。由此，减低此结构处的反射，提高匹配性能。可见，本专利技术结构简单紧凑，利用TM01模式在传输线中为快波的特点，控制内导体组件在移相器中所占的长度比例实现移相功能。相比数字式微波移相器，本专利技术的一种高功率机械式同轴波导微波移相器具有较高功率容量；相比同类的机械式移相器，本专利技术的一种高功率机械式同轴波导微波移相器具有更高的移相精度。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来辅助对本专利技术的理解，附图中所提供的内容及其在本专利技术中有关的说明可用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1的一种高功率机械式同轴波导微波移相器的剖视本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高功率机械式同轴波导微波移相器，其特征在于：包括外导体(1)和与所述外导体(1)同轴的内导体组件；所述内导体组件包括固定段(2)和活动段(4)，所述固定段(2)呈顶部具有开口的筒状，所述活动段(4)呈底部具有开口的筒状，所述固定段(2)的内径与所述活动段(4)的外径匹配，所述活动段(4)可沿所述固定段(2)的内壁滑动；还包括控制所述固定段(2)底部与所述活动段(4)顶部之间距离的控制结构；所述控制结构包括电机(10)，所述电机(10)与所述活动段(4)之间设有相互配合的齿轮。
【技术特征摘要】
1.一种高功率机械式同轴波导微波移相器，其特征在于：包括外导体(1)和与所述外导体(1)同轴的内导体组件；所述内导体组件包括固定段(2)和活动段(4)，所述固定段(2)呈顶部具有开口的筒状，所述活动段(4)呈底部具有开口的筒状，所述固定段(2)的内径与所述活动段(4)的外径匹配，所述活动段(4)可沿所述固定段(2)的内壁滑动；还包括控制所述固定段(2)底部与所述活动段(4)顶部之间距离的控制结构；所述控制结构包括电机(10)，所述电机(10)与所述活动段(4)之间设有相互配合的齿轮。2.如权利要求1所述的一种高功率机械式同轴波导微波移相器，其特征在于：所述活动段(4)顶部设有活动连杆(12)，所述活动连杆(12)的轴向设有第一齿轮(5)，所述电机(10)上设有与所述第一齿轮(5)配合的第一转动齿轮(13)，所述第一转动齿轮(13)为直齿轮。3.如权利要求2所述的一种高功率机械式同轴波导微波移相器，其特征在于：所述活动连杆(12)与所述外导体(1)和内导体组件的中心轴平行。4.如权利要求1所述的一种高功率机械式同轴波导微波移相器，其特征在于：所述活动段(4)内壁轴向设有第一齿轮(5)，所述电机(10)上设有与所述第一齿轮(5)配合的第一转动齿轮(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张健穹，刘庆想，梁源，李相强，王邦继，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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