专利名称：一种高功率微波波导开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及的波导开关是微波系统中重要的波导元件之一。
波导开关是微波系统中常用的波导元件之一(
图1，2)，其作用是将微波信号或能量从一个或两个主通道转接至另外两个彼此独立的新通道中去，或者反过来将两个彼此独立的通道中的微波分别转接到另外一个或两个主通道中去。因此，它相当于普通电路中的单刀双掷(图1)或双刀双掷(图2)开关，只是后者一共只有四个通道接口，因而并不是真正意义上的双刀双掷开关，仅只形式上的类同。
波导开关中的可旋转部分称为转子(1)，转子上加工有转接通道(2)，固定部分称为定子(3)，定子周围开设微波输入输出通道的接口(4和5)，并设定其中一个或两个接口为主通道接口(4)，微波通道的转接就是通过转子的转动来实现的。在传统的波导开关中，为了转子转动灵活，转子的外表面(6)和定子的内表面(7)都是直圆柱面，而且两个圆柱面之间留有一定的间隙(8)而不能紧密接触，即必须是机械上的动配合而不能是紧配合。这一间隙的存在，使得该开关应用在高功率微波系统中时容易产生打火，使微波损耗增加，反射增大，并引起开关本身发热。因此，这种有间隙的波导开关不能在高功率或超高功率的微波系统中使用。
美国专利US005257872A提出了一种利用转子与定子膨胀系数不同来消除间隙的高功率波导开关方案。当没有微波通过时，开关的温度相对较低，这时转子与定子之间有间隙，转子可以转动，而当微波功率通过开关并由于开关自身对微波的损耗而引起其温度升到一定范围时，由于转子的材料膨胀系数大于定子的材料膨胀系数，间隙消除，以利于微波的传输。这一方法存在有明显的缺点首先是加工要求高，间隙的大小必须刚好使它能在两个不同温度下因两种特定材料膨胀系数的不同而得到消除；其次是开关的工作温度在没有微波功率传输和有微波功率传输时都必须严格控制在一定范围内，过高或过低将导致开关无法转动或间隙不能得到消除；第三是成本高，其转子和定子都必须采用特殊的具有特定膨胀系数的材料。可见，这种开关不仅造价高，而且使用不方便，其使用条件受到很大限制。
本发明的任务是利用一种简单、方便、低成本、易加工的方法消除波导开关中转子与定子间存在的间隙，改动配合为紧配合，从而消除高功率微波传输时的打火现象，同时减小开关的传输损耗，减小开关的发热现象，降低反射，使微波传输性能大为改善，从而使这种开关能在高功率甚至超高功率微波系统中应用。
为了解决上述任务，本发明采用的解决方案是将波导开关中的转子(9)的外表面(10)和定子(11)的内表面(12)都由直圆柱面改成同锥度的锥形圆台面(见图3)。由于开关转子与定子之间的锥形接触面在加工时必须经过相互研磨以保证良好密切接触，因而它们之间压紧时不再存在间隙。当转子开始转动时，抬升机构能将转子相对定子抬升一个不大的高度，使它的外表锥面与定子的内表锥面脱离接触并出现一定间隙，这时转子就可以灵活转动，而当转子转到一个新的转接位置时，抬升作用消失，转子靠自身重力和适当的外加压力下落，使转子外表锥面与定子的内表锥面重新紧密接触，间隙消失。
这种开关的优点是(1)由于消除了开关中的间隙，因而消除了传统开关中由于间隙存在当传输高功率微波时引起的打火现象，大大提高了波导开关的功率容量；(2)由于消除了间隙，因而大大减小了微波传输损耗，即降低了开关的插入损耗。同时开关的反射也得到降低，即减小了驻波系数；(3)本发明不仅适用于单刀双掷的三端口波导开关，也完全适用于任何其它形式的多端口波导开关；(4)本发明既可用于转子上转接通道为E面弯波导的E面波导开关，亦可用于转接通道为H面弯波导的H面波导开关；(5)由于本发明中不采用抗流连接，因此具有很宽的频带；(6)本发明的开关结构简单、加工方便，不使用特殊材料，成本低，对使用条件无特殊要求，寿命长；(7)本发明的开关适用于高功率或超高功率系统作为微波转接元件。
附图及图面说明图1传统的三端口微波波导开关，它相当于一个单刀双掷开关，(a)正视图，(b)俯视图。
图2传统的四端口微波波导开关，它在形式上类似于一个双刀双掷开关，(a)正视图，(b)俯视图。
图1、图2中，1为转子，2为转子上的转接通道，3为定子，4和5为微波通道的接口，其中4为主通道接口，5为需要转接的通道的接口，6为转子的外表面，7为定子的内表面，它们同为直圆柱面，8为6和7两个直圆柱面之间的间隙。
图3本发明的开关纵剖面图，它将转子外表面和定子内表面做成同锥度的锥形圆台面。其中9为转子，11为定子，10为转子的外表面，12为定子的内表面。
图4本发明实施例示意图，(a)为正视图，(b)为俯视图。其中13为转子，14为转子的外表面，15为定子，16为定子的内表面，17为安装在定子底部只能转动不能移动的钢珠，18为转子底部相应于钢珠位置的凹坑，19为转子顶部的钢珠；20为对钢珠19加压的弹簧。
实施例如图4所示，在本发明的实施例中，波导开关的转子(13)外表面(14)和定子(15)内表面(16)都呈一定锥度，两者锥度一致，经过相互研磨，保证两个面能互相紧密接触。当转子开始转动时，转子底部的凹坑(18)将马上与安装在定子底部的钢珠(17)发生错位，因而钢珠将把转子抬高一定高度，从而使转子外表面与定子内表面脱离接触，并形成一定间隙，使转子能够灵活转动。当转子转到一个新的需要转接的波导接口位置时，由于在转子底部相应钢珠的位置都挖有凹坑，因而转子由于自重及其顶部的钢珠(19)和弹簧(20)的作用会自动落下，同时弹簧通过钢珠将把转子外表面与定子内表面紧密压紧从而消除间隙。
亦可采用凸轮等任何其它形式的抬升机构。
权利要求
1.一种高功率微波波导开关，其特征是该波导开关中的定子的内表面和转子的外表面为同锥度锥形圆台面。
2.根据权利要求1所述的高功率波导开关，其特征是该波导开关的抬升机构为定子的底部平面上三个与底面圆圆心等距且角向均匀分布的凹坑，转子锥形圆台底部有三个在位置上与定子的三个凹坑一一对应的凹坑，定子底部的三个凹坑中分别放有三个钢珠。
3.根据权利要求1所述的高功率波导开关，其特征是该波导开关的抬升机构由凸轮构成。
全文摘要
本发明公开了一种适用高功率甚至超高功率微波系统中应用的波导开关。本发明通过把波导开关的转子和定子做成同锥度的锥形圆台面，使它们之间构成紧密接触，改动配合为紧配合，从而消除高功率微波传输时的打火现象，同时减小开关的传输损耗，减小开关的发热现象，降低反射，使微波传输性能大为改善，从而使这种开关能在高功率甚至超高功率微波系统中应用。
文档编号H01P1/10GK1239838SQ9811209
公开日1999年12月29日 申请日期1998年6月18日 优先权日1998年6月18日
发明者王文祥, 孙嘉鸿, 张兆镗 申请人:电子科技大学