一种矩形波导H面旋转关节的制作方法

本发明涉及微波技术领域一种用于天线和微波源连通的波导旋转关节，具体涉及一种矩形波导h面旋转关节。

背景技术：

微波波束扫描发射系统通常利用波导旋转关节使天线分系统可以根据目标位置不同进行随动，进而实现波束指向扫描。波导旋转关节一般分成固定单元和旋转单元两部分，旋转单元和天线连接并随天线运动，固定单元和微波源连接。设计良好的波导旋转关节要求在连接处可以平稳旋转，又要保证固定单元和旋转单元之间有良好的电连接。

近年来，研究人员设计出了多种结构的波导旋转关节。其中基于弯曲圆波导结构研制的旋转关节具有代表性的是组合式旋转关节【秋实，焦永昌，黄惠军等.功率容量大于1gw的组合式旋转关节.强激光与粒子束，2010，vol.22，no.6，pp.1415-1418】。该旋转关节能够在方位和俯仰上实现360°旋转，且功率容量较高。基于同轴波导研制的旋转关节具有代表性的是高功率同轴旋转关节【谢平、廖勇、杨周炳等.超宽带高功率同轴旋转关节.强激光与粒子束，2011，vol.23，no.11，pp.3095-3098】。该同轴旋转关节具有较高的功率容量和传输效率。以上两种波导旋转关节满足单通道传输的应用场景需求，但不适宜阵列化设计，不能满足多根矩形波导阵列天线同时旋转的应用需求。

尽管人们已经研究了微波技术领域中的多种波导旋转关节，但现有方案仍存在难以阵列化设计等欠缺，因此仍需要对新型波导旋转关节进行研究探索。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对微波源到矩形波导阵列缝隙天线的连接需求，提供一种结构简单、传输效率高、易于组阵设计且能沿矩形波导基模h面90°旋转的波导旋转关节。

本发明的技术方案是：

定义oo'为本发明矩形波导h面旋转关节的中心轴线。

本发明矩形波导h面旋转关节由固定输入结构和旋转输出结构组成。旋转输出结构由第一矩形直波导、第一圆弧波导壁和第二圆弧波导壁组成，第一矩形直波导的中心轴线o1o1'与本发明中心轴线oo'相互垂直，交点为o1'，第一矩形直波导的一侧窄边与第一圆弧波导壁连接，另一侧窄边与第二圆弧波导壁连接；第一圆弧波导壁和第二圆弧波导壁沿本发明中心轴线oo'和第一矩形直波导中心轴线o1o1'组成的平面结构对称；第一矩形直波导的端口尺寸与需要连接的矩形阵列天线单通道注入端口尺寸保持一致，长边宽度为a，短边宽度为b；第一圆弧波导壁和第二圆弧波导壁的外壁半径为r，壁厚为d，弯曲角度为θ，取值应满足180°(1-a/πr)＞θ＞90°(1-2a/πr)，d≤2mm。

固定输入结构由第二矩形直波导和圆环矩形波导组成，第二矩形直波导的中心轴线o2o1'与本发明中心轴线oo'相互垂直，圆环矩形波导沿本发明中心轴线oo'结构圆周对称；第二矩形直波导的端口尺寸与第一矩形直波导的端口尺寸一致，长边宽度为a，短边宽度为b；圆环矩形波导内侧窄边内表面弯曲半径为r1，外侧窄边内表面弯曲半径为r2，取值满足r1＝r，r2-r1＝a；以o2o1'为中心轴，圆环矩形波导在-α至α区域内无外侧窄边波导壁，取值满足α＝arcsin(a/2r)，第二矩形直波导与圆环矩形波导在该区域导通连接；以o2o1'为起始轴，圆环矩形波导在逆时针方向180°至270°区域内也无外侧窄边波导壁，第一圆弧波导壁和第二圆弧波导壁内嵌于圆环矩形波导中，第一圆弧波导壁和第二圆弧波导壁的外壁与圆环矩形波导外侧窄边内壁紧密贴合，第一矩形直波导的端口从该区域朝外伸出。本发明共有一个输入端口和一个输出端口，其中第一矩形直波导的端口为输出端口，第二矩形直波导的端口为输入端口。

本发明的工作原理为：

由微波理论，从输入端口注入工作频率为f的矩形波导te10模，微波进入圆环矩形波导后会形成驻波，并在圆环矩形波导内部均匀分布。根据已确定的驻波分布情况，将输出端口旋转到驻波的任一波腹位置时，输出端口中就会激励起矩形波导te10模，实现了微波传输方向由输入端口至输出端口多个角度之间的调节。当圆环矩形波导的内外侧窄边内表面弯曲半径r1和r2增大时，微波传输距离增加，圆环矩形波导内驻波的波腹个数相应增多，输出端口能旋转的位置，即微波传输方向可以改变的位置随之增多。

使用时，将n个本发明与矩形波导阵列天线的n根通道一一对应导通连接，n为正整数，通过n个本发明的旋转输出结构的同步旋转实现波导阵列天线出射方向的改变。

本发明可以达到以下技术效果：

(1)本发明通过旋转输出端口对不同位置驻波进行提取来改变微波传输方向，结构简单，功率容量和传输效率高。

(2)本发明可以通过增大圆环矩形波导的半径来增加旋转关节可旋转的角度，从而满足相应的应用需求。

(3)本发明可以通过阵列化设计与多通道矩形波导阵列天线连接，实现多根矩形波导阵列天线同时精确旋转的应用需求。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明固定输入结构示意图；

图3为本发明旋转输出结构的示意图。

具体实施方式

图1为本发明矩形波导h面旋转关节结构三维结构示意图，oo'为本发明的中心轴线。本发明由固定输入结构1、旋转输出结构2组成。旋转输出结构2可分为第一矩形直波导5和弯曲角度均为θ的第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7三部分，第一矩形直波导5中心轴线o1o1'与本发明中心轴线oo'相互垂直，交点为o1'，第一矩形直波导5的一侧窄边与第一圆弧波导壁6连接，另一侧窄边与第二圆弧波导壁7连接，第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7沿本发明中心轴线oo'和第一矩形直波导5中心轴线o1o1'构成的平面结构对称。固定输入结构1可分为第二矩形直波导3和圆环矩形波导4两部分，第二矩形直波导3的中心轴线o2o1'与本发明中心轴线oo'相互垂直，圆环矩形波导4沿本发明中心轴线oo'结构圆周对称；以o2o1'为中心轴(中心轴左侧为圆环矩形波导4的-0～-180度，中心轴右侧为圆环矩形波导4的0～180度)圆环矩形波导4在-α至α区域内无外侧窄边波导壁，取值满足α＝arcsin(a/2r)，第二矩形直波导3与圆环矩形波导4在该区域导通连接。以o2o1'为起始轴，圆环矩形波导4在逆时针方向180°至270°区域内也无外侧窄边波导壁，第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7内嵌于圆环矩形波导4中，第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7的外壁与圆环矩形波导4外侧窄边内壁紧密贴合，第一矩形直波导5的端口从该区域朝外伸出。本发明共有一个输入端口和一个输出端口，其中第一矩形直波导5的端口为输出端口，第二矩形直波导3的端口为输入端口。

图2为本发明固定输入结构1的结构示意图。第二矩形直波导3的中心轴线o2o1'与中心轴线oo'相互垂直，圆环矩形波导4沿中心轴线oo'结构圆周对称；第二矩形直波导3的端口尺寸与第一矩形直波导5的端口尺寸一致，长边宽度为a，短边宽度为b；圆环矩形波导4内侧窄边内表面弯曲半径为r1，外侧窄边内表面弯曲半径为r2，取值满足r2-r1＝a；以o2o1'为中心轴，圆环矩形波导4在-α至α区域内无外侧窄边波导壁，取值满足α＝arcsin(a/2r)，第二矩形直波导3与圆环矩形波导4在该区域导通连接；以o2o1'为起始轴，圆环矩形波导4在逆时针方向180°至270°区域内也无外侧窄边波导壁。

图3为本发明旋转输出结构2的结构示意图。第一矩形直波导5的中心轴线o1o1'与中心轴线oo'相互垂直，交点为o1'，第一矩形直波导5的一侧窄边与第一圆弧波导壁6连接，另一侧窄边与第二圆弧波导壁7连接，第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7沿中心轴线oo'和第一矩形直波导5中心轴线o1o1'组成的平面结构对称。第一矩形直波导5的端口尺寸与需要连接的矩形阵列天线单通道注入端口尺寸保持一致，长边宽度为a，短边宽度为b；第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7的外壁半径为r，壁厚为d，弯曲角度为θ，取值应满足r1＝r，180°(1-a/πr)＞θ＞90°(1-2a/πr)，d≤2mm，才能使第一圆弧波导壁6和第二圆弧波导壁7外壁与圆环矩形波导4外侧窄边内壁贴合，补全圆环矩形波导4缺少的90°外波导壁，同时不引起损耗和场增强。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化及变型，因此所有等同技术方案也属于本发明的保护范畴。