一种U型宽带同轴旋转关节的制作方法

本发明涉及微波部件技术领域，具体是涉及一种U型宽带同轴旋转关节。

背景技术：

旋转关节(Rotary Joint)是指连接在相对旋转运动的结构之间，用于传输能量或信号的连接装置。在机械扫描雷达中，旋转关节一般装在天线座中，其作用是当雷达天线在连续旋转过程中，保证馈电传输线中的电磁能量和信号正常传输，是雷达馈电传输线中的关键元器件之一。旋转关节根据相对转动部分结构来划分，主要有同轴线型和圆波导型两种。其中同轴线型传输电磁波的TEM模，通过在同轴线的内外导体上设计扼流槽来实现旋转；而圆波导型主要传输TM01模，通过在圆波导壁上设计扼流槽来实现旋转。二者在主要特征上进行比较的话，同轴线型旋转关节较圆波导型旋转关节，带宽优势明显，但圆波导型旋转关节承受功率更大；圆波导型旋转关节为单通道，而在同轴线型U型单通道旋转关节基础上，可采用同轴嵌套结构形式构成双通道旋转关节，即第二路旋转关节的同轴线嵌套在第一路旋转关节同轴线内部，体积更小，重量更轻。对于旋转关节形式的选择需要根据实际要求，综合各方因素折中考虑。

由于U型旋转关节是构成双通道旋转关节的基础，且方位向和俯仰向旋转关节也需要这种输入输出口与旋转主体成U型分布的结构形式，对U型旋转关节带宽、功率和可靠性等指标的要求也越来越高。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述的U型同轴旋转关节存在的局限性，提供一种结构简单的U型同轴旋转关节，工作带宽可超过三个倍频程，同时可承受较高的功率。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种U型宽带同轴旋转关节，包括同轴设置的内导体和外导体，所述外导体为筒状结构，外导体套在内导体外部，并与内导体之间设有径向间隙；所述内导体和外导体的两端部通过短路面短接，使内、外导体相互导通；所述内导体和外导体的中部断开形成扼流槽，并使内、外导体被分别分割为两截，两截内、外导体之间能够相对转动；每截内导体上各设有一个连接器。

所述外导体的两端还设有外导体过渡匹配段，所述外导体过渡匹配为阶梯轴状，且阶梯轴从外端向内端直径逐阶减小，所述外导体过渡匹配段包含一级或至少两级台阶。

所述连接器与内导体之间设有连接器过渡匹配段，所述连接器过渡匹配段与连接器之间形成阶梯轴状结构。

该旋转关节传输的信号的低频、高频和中心频率对应的自由空间波长分别用λ_l、λ_h和λ₀表示；内导体的半径用a表示,外导体的半径用b表示，所述a、b的尺寸应满足公式：λ_h≥π(a+b)和b/a＝1.649。

所述连接器到同侧的短路面之间的距离约为λ₀/4。

外导体过渡匹配段的每级台阶的长度相等。

两个连接器之间的距离约为λ₀/2。

内、外导体上扼流槽的长度约为λ₀/4。

内导体上扼流槽宽度为0.4mm，外导体上扼流槽宽度为0.5mm。

所述内导体半径为13.6mm，外导体半径为23.2mm；连接器到同侧短路面之间的距离略为90mm；外导体过渡匹配段有两级台阶，每级台阶长度均为30mm，两级台阶半径分别为44mm和32mm；两连接器之间的距离为170mm；内导体上扼流槽长度为80mm，外导体上扼流槽长度为90mm。

本发明的技术效果在于：本发明采用外导体过渡匹配段进行阻抗匹配，通过调整过渡段尺寸产生多个谐振频率，可对旋转关节的带宽进行有效展宽，工作带宽可超过三个倍频程。同轴连接器与旋转关节的主同轴线采用一段连接器过渡匹配段进行阻抗匹配，可承受更大的功率。兼顾了工作带宽的展宽与功率容量的提升，同时还具有结构简单、易于加工、可靠性高与寿命长的优势。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的旋转关节通过仿真所得电压驻波比参数随频率变化的曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，一种U型宽带同轴旋转关节，包括同轴设置的内导体1和外导体2，所述外导体2为筒状结构，外导体2套在内导体1外部，并与内导体1之间设有径向间隙；所述内导体1和外导体2的两端部通过短路面8短接，使内、外导体1、2相互导通；所述内导体1和外导体2的中部断开形成扼流槽4，并使内、外导体1、2被分别分割为两截，两截内、外导体1、2之间能够相对转动；每截内导体1上各设有一个连接器3。具体使用时，其中一截内导体1和外导体2与固定部件相连，另一截内导体1和外导体2与旋转部件相连，实现相互转动部件间的正常馈电。

进一步的，所述外导体2的两端还设有外导体过渡匹配段6，所述外导体过渡匹配段6为阶梯轴状结构，且阶梯轴从外端向内端直径逐阶减小，所述外导体过渡匹配段6包含一级或至少两级台阶。本发明采用外导体过渡匹配段6进行阻抗匹配，通过调整外导体过渡匹配段6尺寸产生多个谐振频率，可对旋转关节的带宽进行有效展宽，工作带宽可超过三个倍频程。

进一步的，所述连接器3与内导体1之间设有连接器过渡匹配段5，所述连接器过渡匹配段5与连接器3之间形成阶梯轴状结构。连接器3与旋转关节的主同轴线采用一段连接器过渡匹配段5进行阻抗匹配，可承受更大的功率。

优选的，该旋转关节传输的信号的低频、高频和中心频率对应的自由空间波长分别用λ_l、λ_h和λ₀表示；内导体1的半径用a表示,外导体2的半径用b表示，所述a、b的尺寸应满足公式：λ_h≥π(a+b)和b/a＝1.649。所述连接器3到同侧的短路面8之间的距离约为λ₀/4。外导体过渡匹配段6的每级台阶的长度相等。两个连接器3之间的距离约为λ₀/2。内、外导体2上扼流槽4的长度约为λ₀/4。

作为本发明的优选实施例，内导体1上扼流槽4宽度为0.4mm，外导体2上扼流槽4宽度为0.5mm。所述内导体1半径为13.6mm，外导体2半径为23.2mm；连接器3到同侧短路面8之间的距离略为90mm；外导体过渡匹配段6有两级台阶，每级台阶长度均为30mm，两级台阶半径分别为44mm和32mm；两连接器3之间的距离为170mm；内导体1上扼流槽4长度为80mm，外导体2上扼流槽4长度为90mm。

通过增加两段等长的外导体过渡匹配段6，阻抗单调递减，增加了谐振频率点，从而使旋转关节的频带得到展宽。匹配段阻抗通过调整圆柱体的半径与长度，同时相应的调整同轴连接器到短路面8的距离，来实现阻抗匹配，获得频带展宽。

图2为用ansoft HFSS15.0仿真所得电压驻波比参数随频率变化的曲线。在VSWR≤1.3的条件下，带宽为0.38到1.46GHz，相对带宽为117％，工作带宽超过三个倍频程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。