專利名稱：一種多路微波波導(dǎo)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的波導(dǎo)開關(guān)是微波系統(tǒng)中重要的波導(dǎo)元件之一。
波導(dǎo)開關(guān)是微波系統(tǒng)中常用的波導(dǎo)元件之一(

圖1、2)，其作用是將微波信號或能量從一個或兩個主通道轉(zhuǎn)接至另外兩個彼此獨(dú)立的輸出通道中去，或者反過來將兩個彼此獨(dú)立的輸入通道中的微波分別轉(zhuǎn)接到另外一個或兩個主通道中去。因此，它相當(dāng)于普通電路中的單刀雙擲(圖1)或雙刀雙擲(圖2)開關(guān)。
波導(dǎo)開關(guān)中的可旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子(1)，轉(zhuǎn)子上加工有轉(zhuǎn)接通道(2)，固定部分稱為定子(3)，定子周圍開設(shè)微波輸入輸出通道的接口(4和5)，并設(shè)定其中一個或兩個接口為主通道接口(4)，微波通道的轉(zhuǎn)接就是通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)的波導(dǎo)開關(guān)一般只能實(shí)現(xiàn)一個通道與另外兩個彼此獨(dú)立的通道之間的轉(zhuǎn)接，即一刀雙擲式轉(zhuǎn)接。所謂雙刀雙擲式的波導(dǎo)開關(guān)，由于它一共只有四個接口，如果把兩個接口作為輸入通道，就只剩有兩個彼此獨(dú)立的輸出通道接口了，因而實(shí)際上就不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的“雙刀雙擲”，因?yàn)椤半p刀”的“雙擲”要求必須有四個彼此獨(dú)立的輸出接口。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，它一般仍只是作單刀雙擲開關(guān)使用。
隨著微波技術(shù)的發(fā)展，提出了單刀多擲式的波導(dǎo)開關(guān)，即多路波導(dǎo)開關(guān)的需求。該開關(guān)應(yīng)能將由一個主通道接口(圖3(6)，圖4(15))輸入的微波信號或能量分別轉(zhuǎn)接到多個彼此獨(dú)立的輸出通道接口(圖3(7),(8),(9),(10)，圖4(16),(17),(18),(19),(20),(21))中去，或者反過來把由多個通道接口((7)-(10),(16)-(21))輸入的微波分別轉(zhuǎn)接到一個公共主通道接口((6),(15))中去。在現(xiàn)有技術(shù)中，遇到這種情況，只能采用多個單刀雙擲式波導(dǎo)開關(guān)并聯(lián)、串聯(lián)使用的方式來解決，導(dǎo)致系統(tǒng)成本、體積和重量都迅速增加，還造成了系統(tǒng)中的微波傳輸損耗和反射增大。
本實(shí)用新型的任務(wù)是利用一個波導(dǎo)開關(guān)實(shí)現(xiàn)一個微波通道與多個微波通道之間的轉(zhuǎn)接，從而實(shí)現(xiàn)用一個波導(dǎo)開關(guān)代替多個波導(dǎo)開關(guān)并、串聯(lián)應(yīng)用的功能，使微波系統(tǒng)的重量、體積、成本明顯降低，同時使系統(tǒng)的插入損耗顯著減小，降低駐波系數(shù)。
為解決上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是在波導(dǎo)開關(guān)的轉(zhuǎn)子上加工出n路轉(zhuǎn)接通道，同時在定子上開設(shè)與每個通道在轉(zhuǎn)子的兩個不同旋轉(zhuǎn)方向上對應(yīng)的接口，從而實(shí)現(xiàn)微波的多路轉(zhuǎn)接。
(1)在波導(dǎo)開關(guān)的定子上開設(shè)的波導(dǎo)接口總數(shù)等于(2n+1)，其中一個作為主通道接口，其余2n個在主通道左右兩邊對稱分布，作為轉(zhuǎn)接通道接口。2n即為需要轉(zhuǎn)接的微波通道數(shù)，若需要轉(zhuǎn)接的通道數(shù)是單數(shù)，則可以在2n個接口中任意放棄一個不用，或者直接少開其中任意一個接口。
(2)在波導(dǎo)開關(guān)的轉(zhuǎn)子上加工n個轉(zhuǎn)接通道，其形狀為E面或H面的彎波導(dǎo)。若n=1，即在轉(zhuǎn)子上加工出一個轉(zhuǎn)接通道，需要轉(zhuǎn)接的通道數(shù)為2，則在定子上就應(yīng)有三個接口，由此構(gòu)成單刀雙擲式波導(dǎo)開關(guān)；若n=2，即在轉(zhuǎn)子上有兩個轉(zhuǎn)接通道，需要轉(zhuǎn)接的通道數(shù)為4，則在定子上就應(yīng)有五個接口，可構(gòu)成單刀四擲式開關(guān)；若這時在除主通道接口外的四個轉(zhuǎn)接通道接口中放棄任意一個不用，或者少開其中任意一個接口，則就成為單刀三擲式開關(guān)；……以此類推。
(3)轉(zhuǎn)子上每一路轉(zhuǎn)接通道對應(yīng)定子上相對主通道接口左右對稱分布的兩個波導(dǎo)接口。該轉(zhuǎn)接通道中心線在轉(zhuǎn)子外表面上的圓弧角應(yīng)與定子上對應(yīng)兩個接口的中心線與主通道接口中心線之間在定子內(nèi)表面上的圓弧角相等，以保證轉(zhuǎn)接通道與對應(yīng)接口的準(zhǔn)確對接。
(4)轉(zhuǎn)子上每個轉(zhuǎn)接通道中心線對應(yīng)的圓弧角不應(yīng)太小，比如說不小于90°，以避免由于通道彎曲太厲害而引起微波反射增加。
(5)各轉(zhuǎn)接通道的中心線應(yīng)與轉(zhuǎn)子外表面圓保持垂直，因而必須計算好每個轉(zhuǎn)接通道中心線本身的曲率半徑。設(shè)轉(zhuǎn)子的半徑為a，轉(zhuǎn)接通道中心線在轉(zhuǎn)子外表面圓上所占的圓弧角為φ，則該轉(zhuǎn)接通道中心線本身的曲率半徑R應(yīng)為R=atgφ/2定子上各個接口的中心線亦應(yīng)與定子內(nèi)表面圓垂直，即通過內(nèi)表面圓圓心。
(6)轉(zhuǎn)子上各轉(zhuǎn)接通道和定子上各個接口相互間不能重迭。另外，除非特殊需要，其尺寸一般應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)尺寸，在此前提下，開關(guān)總體尺寸應(yīng)盡可能緊湊，以減小體積重量和降低成本。
多路波導(dǎo)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)與效果是(1)用一個多路波導(dǎo)開關(guān)可替代原來多個傳統(tǒng)單刀雙擲波導(dǎo)開關(guān)的功用。比如若要實(shí)現(xiàn)主通道與另外四個微波通道之間的轉(zhuǎn)接，原來就要用三個單刀雙擲波導(dǎo)開關(guān)并聯(lián)再串聯(lián)應(yīng)用，若要實(shí)現(xiàn)主通道與六路微波通道之間的轉(zhuǎn)接，就要用五個單刀雙擲傳統(tǒng)波導(dǎo)開關(guān)，而現(xiàn)在都只需要用一個單刀四擲或單刀六擲波導(dǎo)開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)了。
(2)由于一個開關(guān)起到了多個開關(guān)的作用，因而使得微波系統(tǒng)的總體成本大大降低，體積重量成倍數(shù)地減小。
(3)一個開關(guān)替代了原來的多個開關(guān)，微波系統(tǒng)的傳輸損耗大大降低，系統(tǒng)的駐波性能也會得到改善。
(4)一個開關(guān)的控制保護(hù)系統(tǒng)也比多個開關(guān)更為簡化。
(5)本實(shí)用新型不僅適用于轉(zhuǎn)子外表面與定子內(nèi)表面呈直圓柱面的傳統(tǒng)波導(dǎo)開關(guān)，也完全適用于其它任何形狀表面的波導(dǎo)開關(guān)。
(6)本實(shí)用新型既適用于E面波導(dǎo)開關(guān)，也適用于H面波導(dǎo)開關(guān)。
(7)本實(shí)用新型適用于不同功率等級、不同波段的微波系統(tǒng)作為多路轉(zhuǎn)接元件，或在多饋源微波系統(tǒng)中作頻帶連接元件，即不同頻帶的饋源向同一天線饋送微波時的轉(zhuǎn)接元件。
附圖及圖面說明圖1．相當(dāng)于單刀雙擲開關(guān)的傳統(tǒng)波導(dǎo)開關(guān)圖2．在形式上類似于雙刀雙擲開關(guān)的傳統(tǒng)波導(dǎo)開關(guān)圖1、圖2中，1為轉(zhuǎn)子，2為轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)接通道，3為定子，4和5為微波通道的接口，其中4為主通道接口，5為需要轉(zhuǎn)接的通道的接口。
圖3．單刀四擲式的多路波導(dǎo)開關(guān)，其中11為轉(zhuǎn)子，13、14為轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)接通道，12為定子，6、7、8、9、10為定子上的微波通道接口，其中6為主通道接口，其余7、8、9、10相對6左右對稱分布，均為轉(zhuǎn)接通道接口。
圖4．單刀六擲式的多路波導(dǎo)開關(guān)，其中22為轉(zhuǎn)子，24、25、26為轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)接通道，23為定子，15、16、17、18、19、20、21為定子上的微波通道接口，其中15為主通道接口，其余相對15左右對稱分布，均為轉(zhuǎn)接通道接口。
實(shí)施例如圖3，為一個單刀四擲式波導(dǎo)開關(guān)(若在定子上少開一個轉(zhuǎn)接通道接口，則就成為單刀三擲式開關(guān))。該開關(guān)在轉(zhuǎn)子(11)上加工有兩個轉(zhuǎn)接通道(13,14)，而在定子(12)上開設(shè)有主通道接口(6)及相對于(6)左右對稱分布的接口(7,8,9,10)，通道(13)的中心線的圓弧角為90°，與其對應(yīng)的接口(8)與主通道接口(6)的中心線之間，以及相對(6)對稱分布的另一接口(7)與(6)中心線之間的圓弧角亦為90°。通道(14)的中心線的圓弧角為150°，與其對應(yīng)接口(9)與(6)的中心線之間，接口(10)與(6)的中心線之間的圓弧角亦是150°。各轉(zhuǎn)接通道中心線本身的曲率半徑則分別為a與3.7321a,a為轉(zhuǎn)子半徑。
在圖示位置，(6)與(8)接通，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動90°，則(6)與(7)接通，若再順時針繼續(xù)轉(zhuǎn)60°，則(6)將與(10)接通，反之，若轉(zhuǎn)子在圖示位置反時針轉(zhuǎn)60°，則(6)就與(9)接通，由此實(shí)現(xiàn)了一個主微波通道與四個通道之間的轉(zhuǎn)接。
圖4則是一個單刀六擲式波導(dǎo)開關(guān)(同樣，只要在定子上少開一個轉(zhuǎn)接通道接口，則就成為單刀五擲式開關(guān))。該開關(guān)在轉(zhuǎn)子(22)上加工有三個轉(zhuǎn)接通道(24,25,26)，其中心線在轉(zhuǎn)子外圓上的圓弧角分別為90°,120°,165°。而在定子(23)上開設(shè)有主通道接口(15)及左右對稱分布的接口(16,17,18,19,20,21)，它們的中心線與(15)的中心線之間的圓弧角亦分別是90°,120°,165°。各轉(zhuǎn)接通道中心線本身的曲率半徑分別為a,1.7321a,7.5958a,a為轉(zhuǎn)子半徑。
在圖示位置時是(15)與(17)接通，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)90°，(15)將與(16)接通，再繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)37.5°，則(15)與(20)接通，再繼續(xù)轉(zhuǎn)37.5°,(15)就會與(19)接通。反之，在圖示位置上轉(zhuǎn)子反時針轉(zhuǎn)37.5°,(15)將與(21)接通，再繼續(xù)反時針轉(zhuǎn)37.5°,(15)就與(18)接通，從而實(shí)現(xiàn)了單刀六擲式的轉(zhuǎn)接。
權(quán)利要求1．一種多路微波波導(dǎo)開關(guān)，其特征是在波導(dǎo)開關(guān)的轉(zhuǎn)子上加工出n路轉(zhuǎn)接通道，同時在定子上開設(shè)(2n+1)個接口，其中一個為主通道接口，其余2n個為需要轉(zhuǎn)接的通道接口。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路微波波導(dǎo)開關(guān)，其特征是該波導(dǎo)開關(guān)轉(zhuǎn)子的每一路轉(zhuǎn)接通道對應(yīng)定子上與主通道接口左右對稱分布的兩個波導(dǎo)接口，該轉(zhuǎn)接通道中心線在轉(zhuǎn)子外表面的圓弧角應(yīng)與定子上對應(yīng)兩個接口的中心線與主通道接口中心線之間在定子內(nèi)表面的圓弧角相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多路微波波導(dǎo)開關(guān)。它是利用開關(guān)轉(zhuǎn)子上的n個轉(zhuǎn)接通道及在定子上與其對應(yīng)的(2n+1)個接口來實(shí)現(xiàn)一個微波通道與2n個微波通道之間的互相轉(zhuǎn)接,從而達(dá)到用一個多路波導(dǎo)開關(guān)可替代多個傳統(tǒng)單刀雙擲波導(dǎo)開關(guān)的功能,從而使微波系統(tǒng)的體積、重量、成本大大降低,使系統(tǒng)的傳輸損耗和反射顯著降低。
文檔編號H01P1/00GK2346078SQ9822816
公開日1999年10月27日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者王文祥, 孫嘉鴻, 張兆鏜 申請人:電子科技大學(xué)