[發(fā)明專利]一種L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、控制系統(tǒng)、方法及應(yīng)用

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• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111934064A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳翔;孫冬全;李小軍;崔萬照
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P1/06
• 分類號: H01P1/06;H01Q1/50
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，所述L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括上波導(dǎo)部、可旋轉(zhuǎn)同軸過渡、軸承及下波導(dǎo)部；

所述上波導(dǎo)部為標準矩形波導(dǎo)、非標波導(dǎo)、脊波導(dǎo)或其組合結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包含變換結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)寬帶的端接式波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換；

所述可旋轉(zhuǎn)同軸過渡包括上同軸探針、同軸支撐介質(zhì)、軸承固定結(jié)構(gòu)、空心金屬圓柱、圓弧面周期性金屬凸體陣列、滾珠和下同軸探針；

所述下波導(dǎo)部包括普通波導(dǎo)、屏蔽腔和軸承固定腔，所述普通波導(dǎo)為標準矩形波導(dǎo)、非標波導(dǎo)、脊波導(dǎo)或其組合結(jié)構(gòu)；

軸承放置于下波導(dǎo)部的軸承固定腔中，軸承的外圈與軸承固定腔保持固定，可旋轉(zhuǎn)同軸過渡帶有圓弧面周期性金屬凸體陣列和滾珠的一端插入下波導(dǎo)部的屏蔽腔中，其軸承固定結(jié)構(gòu)與軸承的內(nèi)圈相互固定；可旋轉(zhuǎn)同軸過渡通過上同軸探針實現(xiàn)到上波導(dǎo)部的端接式同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換，并與上波導(dǎo)部保持結(jié)構(gòu)固定，通過下同軸探針實現(xiàn)到下波導(dǎo)部中普通波導(dǎo)的正交式同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換。

2.如權(quán)利要求1所述的L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，所述上波導(dǎo)部內(nèi)部還包括其他必要的阻抗變換、匹配及調(diào)諧結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)末端特定位置開孔，用于構(gòu)成端接式同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；

所述可旋轉(zhuǎn)同軸過渡中，空心金屬圓柱的上端設(shè)置軸承固定結(jié)構(gòu)，下端外壁設(shè)置圓弧面周期性金屬凸體陣列，若干等半徑的圓弧面金屬凸體沿空心金屬圓柱的外壁圓周方向及軸向以周期性規(guī)則排列，金屬凸體的圓弧面與空心金屬圓柱呈同心圓關(guān)系，每個金屬凸體上部嵌入球體或圓柱體滾珠；

所述可旋轉(zhuǎn)同軸過渡中，空心金屬圓柱的內(nèi)壁作為外導(dǎo)體，與同軸支撐介質(zhì)及金屬內(nèi)導(dǎo)體共同構(gòu)成同軸傳輸線結(jié)構(gòu)，同軸傳輸線上下兩端分別設(shè)置上同軸探針和下同軸探針，上同軸探針和下同軸探針為任意可實現(xiàn)的同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，所述下波導(dǎo)部的普通波導(dǎo)內(nèi)部包括阻抗變換、匹配及調(diào)諧結(jié)構(gòu)；

所述下波導(dǎo)部中，屏蔽腔為圓柱體空腔結(jié)構(gòu)，與普通波導(dǎo)的上壁相連為一體，并與普通波導(dǎo)的波導(dǎo)腔內(nèi)部相通，屏蔽腔的內(nèi)腔直徑設(shè)計值等于所述可旋轉(zhuǎn)同軸過渡中圓弧面周期性金屬凸體陣列與滾珠組合后的外圓弧直徑，屏蔽腔的高度大于等于圓弧面周期性金屬凸體陣列的軸向長度；

所述下波導(dǎo)部中，軸承固定腔位于屏蔽腔上方，二者的軸向中心線相重合，軸承固定腔的高度及直徑根據(jù)軸承的相應(yīng)尺寸確定，軸承固定腔與屏蔽腔之間預(yù)留微小結(jié)構(gòu)空隙；

裝配完成后，可旋轉(zhuǎn)同軸過渡、軸承、軸承固定腔及屏蔽腔的軸向中心線相重合，組裝后圓弧面周期性金屬凸體陣列中所嵌入的滾珠與屏蔽腔的內(nèi)壁相接觸，實際裝配過程中做間隙配合處理；

所述可旋轉(zhuǎn)同軸過渡中的圓弧面周期性金屬凸體陣列、滾珠與下波導(dǎo)部中的屏蔽腔共同構(gòu)成滾珠支撐式可旋轉(zhuǎn)電磁帶隙結(jié)構(gòu)。

4.一種如權(quán)利要求1所述的L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法包括：

第一步，采用同軸過渡結(jié)構(gòu)，在同軸過渡部分通過內(nèi)嵌滾珠的圓弧面周期性金屬凸體陣列配合圓柱體屏蔽腔，構(gòu)成電磁帶隙結(jié)構(gòu)類型的可旋轉(zhuǎn)同軸過渡；

第二步，通過電磁計算獲得合適的尺寸參數(shù)，利用電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電磁禁帶特性實現(xiàn)電磁屏蔽，同時通過寬帶端接式和正交式同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別實現(xiàn)至上下波導(dǎo)間的電磁信號傳輸，配合軸承構(gòu)成L型波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

5.如權(quán)利要求4所述的L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述圓弧面周期性金屬凸體陣列的若干等半徑的圓弧面金屬凸體沿空心金屬圓柱的外壁圓周方向及軸向以周期性規(guī)則排列，金屬凸體的圓弧面與空心金屬圓柱呈同心圓關(guān)系，每個金屬凸體上部嵌入球體或圓柱體滾珠。

6.如權(quán)利要求4所述的L型超寬帶波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述圓弧面周期性金屬凸體陣列的結(jié)構(gòu)及排列方式為：各金屬凸體結(jié)構(gòu)、尺寸相同，每個滾珠的結(jié)構(gòu)、尺寸及嵌入方式相同，每一圈金屬凸體均位于同一軸向截面內(nèi)，沿空心金屬圓柱的外壁圓周以等間距方式排列，同時沿軸向以等間距方式排列。