一種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型專利涉及微波信號旋轉(zhuǎn)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微小型微波旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是保證微波系統(tǒng)中兩個相對旋轉(zhuǎn)的設(shè)備間電磁波正常傳輸?shù)谋匾?元件，其結(jié)構(gòu)主要由輸入端、旋轉(zhuǎn)部分和輸出端組成。為了使微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動過程中保 持傳輸性能的對稱性（即電性能不隨轉(zhuǎn)角而變），其旋轉(zhuǎn)部分大都采用圓對稱的結(jié)構(gòu)和波 傳輸模式，如同軸線中的TEM波模式，圓波導(dǎo)中的TM01波模式等，輸入端和輸出端常用結(jié)構(gòu) 為波導(dǎo)和同軸接頭。
[0003] 隨著雷達天線與通信等領(lǐng)域微波器件逐步向高頻化和小型化方向發(fā)展，微波旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)作為該領(lǐng)域的一個微波器件，其小型化設(shè)計成為一項關(guān)鍵技術(shù)。微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的體積 主要受工作頻率和結(jié)構(gòu)形式的影響，常見的微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)小型化設(shè)計方法有：增大微波旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)工作頻率，采用波導(dǎo)一同軸一波導(dǎo)相互轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)形式，采用波導(dǎo)腔體內(nèi)加脊設(shè)計 的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式，電磁波傳輸通道內(nèi)填充介質(zhì)等。對于工作在〇~18GHz寬頻范圍內(nèi)的微波 信號旋轉(zhuǎn)傳輸要求，若采用圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其體積大，且以高次模TM01模作為主要傳輸模式， 頻帶窄，結(jié)構(gòu)尺寸和傳輸模式均不能滿足要求。采用波導(dǎo)一同軸一波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)形式，其具有 頻帶寬的優(yōu)點，能一定程度上減小微波關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的小型化應(yīng)用需求，提 出一種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它的整體結(jié)構(gòu)為全同軸線型，具有體積?。ㄗ畲笸鈴匠叽鐬?13mm)、傳輸功率損耗小、性能穩(wěn)定可靠、頻帶寬、接口通用性強、適用于0~18GHz頻率范圍 的優(yōu)點，能夠廣泛應(yīng)用于空間狹小、功率容量要求不高、需要旋轉(zhuǎn)傳輸微波信號的場合中。
[0005] 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特征是：包括定子部件和轉(zhuǎn)子部件，定子部件由左接頭 和定子部件尾甲組成，由左接頭內(nèi)導(dǎo)體、左接頭外導(dǎo)體和左接頭支撐介質(zhì)組成的左接頭為 同軸線結(jié)構(gòu)，左接頭內(nèi)導(dǎo)體與左接頭外導(dǎo)體之間設(shè)置有左接頭支撐介質(zhì)，左接頭內(nèi)導(dǎo)體的 長度大于左接頭外導(dǎo)體和左接頭支撐介質(zhì)的長度，且左接頭內(nèi)導(dǎo)體的右端設(shè)有底部為錐形 的左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔，定子部件尾甲套在左接頭外導(dǎo)體的右端外部，定子部件尾甲的 外壁和內(nèi)壁形狀均為階梯狀，且定子部件尾甲的左端內(nèi)徑小于定子部件尾甲的右端內(nèi)徑； 轉(zhuǎn)子部件由轉(zhuǎn)子部件尾甲和右接頭組成，由右接頭內(nèi)導(dǎo)體、右接頭外導(dǎo)體和右接頭支撐介 質(zhì)組成的右接頭為同軸線結(jié)構(gòu)，右接頭內(nèi)導(dǎo)體和右接頭外導(dǎo)體之間設(shè)置有右接頭支撐介 質(zhì)，右接頭內(nèi)導(dǎo)體的長度大于右接頭外導(dǎo)體和右接頭支撐介質(zhì)的長度，且右接頭內(nèi)導(dǎo)體的 左端設(shè)有右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔，轉(zhuǎn)子部件尾甲套在右接頭外導(dǎo)體的左端外部，轉(zhuǎn)子部件 尾甲的外壁為階梯形，轉(zhuǎn)子部件尾甲的左端外徑小于轉(zhuǎn)子部件尾甲的右端外徑，轉(zhuǎn)子部件 尾甲的內(nèi)徑與定子部件尾甲的左端內(nèi)徑相等；在右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔內(nèi)從右向左依次放 置有微型彈簧和插針，將轉(zhuǎn)子部件和微型彈簧、插針的整體結(jié)構(gòu)向左軸向伸入到定子部件 尾甲內(nèi)部空腔內(nèi)，確保插針的左端正好頂住左接頭內(nèi)導(dǎo)體右端的左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的 錐形底部，并使左接頭內(nèi)導(dǎo)體的右端面與右接頭內(nèi)導(dǎo)體的左端面不接觸，轉(zhuǎn)子部件尾甲左 端的外壁與定子部件尾甲右端的內(nèi)壁不接觸，留有伸縮間隙，僅轉(zhuǎn)子部件尾甲左階梯的左 端面與定子部件尾甲左階梯的右端面面接觸；微型球軸承套在轉(zhuǎn)子部件尾甲的中間外壁 上，且微型球軸承的外壁與定子部件尾甲的中間內(nèi)壁接觸，微型球軸承的左端抵住轉(zhuǎn)子部 件尾甲的第二級階梯的右端面和定子部件尾甲的第三級階梯的右端面，內(nèi)圈鎖緊蓋通過螺 紋旋在轉(zhuǎn)子部件尾甲的右側(cè)外壁上，且內(nèi)圈鎖緊蓋的左端面抵住微型球軸承的右端面，外 圈鎖緊蓋通過螺紋旋在定子部件尾甲的右側(cè)內(nèi)壁上，且外圈鎖緊蓋的左端面抵住微型球軸 承的右端面，內(nèi)圈鎖緊蓋的外壁與外圈鎖緊蓋的內(nèi)壁之間不接觸，內(nèi)圈鎖緊蓋的右端面、外 圈鎖緊蓋的右端面均與定子部件尾甲的右端面齊平。
[0007] 定子部件的左接頭和轉(zhuǎn)子部件的右接頭均為特性阻抗為50歐的SMA母頭，左接頭 支撐介質(zhì)和右接頭支撐介質(zhì)的材料均為聚四氟乙烯材料。
[0008] 為保證定子部件尾甲與左接頭連接時阻抗匹配、轉(zhuǎn)子部件尾甲與右接頭連接時阻 抗匹配，需分別根據(jù)理論公式計算定子部件尾甲左端口的內(nèi)徑以及轉(zhuǎn)子部件尾甲右端口的 內(nèi)徑，使端口阻抗均為50歐。
[0009] 左接頭內(nèi)導(dǎo)體右端的左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的壁厚以及右接頭內(nèi)導(dǎo)體左端的右 接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的壁厚均不大于〇. 4_。
[0010] 微型彈簧放在右接頭內(nèi)導(dǎo)體左端的右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔內(nèi)，需合理選擇微型彈 簧的長度、直徑和彈性系數(shù)，保證旋轉(zhuǎn)過程中，插針與左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的底部錐形凹 槽始終接觸，從而實現(xiàn)定子部件和轉(zhuǎn)子部件之間的電氣連接。
[0011] 插針為具有良好電氣傳輸特性和耐磨損性能且左端為錐形的錫青銅棒，插針的直 徑略小于左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的直徑，以減小旋轉(zhuǎn)過程中插針 與左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔內(nèi)壁的接觸面積，從而減少摩擦。
[0012] 為增強旋轉(zhuǎn)傳輸壽命和傳輸效率，減小旋轉(zhuǎn)傳輸損耗，左接頭外導(dǎo)體、定子部件尾 甲和右接頭外導(dǎo)體、轉(zhuǎn)子部件尾甲均為不銹鋼材料，左接頭內(nèi)導(dǎo)體和右接頭內(nèi)導(dǎo)體為鈹青 銅材料。在左接頭外導(dǎo)體與右接頭外導(dǎo)體的內(nèi)表面、左接頭內(nèi)導(dǎo)體與右接頭內(nèi)導(dǎo)體的外表 面、左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔的內(nèi)表面、定子部件尾甲和轉(zhuǎn)子部件 尾甲的內(nèi)表面均鍍覆有不大于4um厚的貴金屬Au。
[0013] 本實用新型以定子部件的左接頭為信號輸入端，以轉(zhuǎn)子部件的右接頭為信號輸出 端。定子部件與轉(zhuǎn)子部件之間通過微型球軸承實現(xiàn)相互旋轉(zhuǎn)。
[0014] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：1、體積小，結(jié)構(gòu)形式簡單，加工方便， 無需調(diào)試；2、損耗小，性能穩(wěn)定可靠，在20%的相對帶寬內(nèi)駐波小于1. 2,在20%的相對帶 寬內(nèi)插損小于〇. 5dB ;轉(zhuǎn)動任意角度后，其駐波變化小于0. 02,插損變化小于0. 05dB，具有 很好的一致性。3、頻帶寬，能適用于0~18GHz頻率范圍內(nèi)。
[0015] 總之，本實用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、整體尺寸小、頻帶寬、傳輸功率損耗小、性能穩(wěn)定 可靠、接口通用性強的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用在空間狹小場合中旋轉(zhuǎn)設(shè)備與固定設(shè)備之間的電 磁信號傳輸，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為定子部件示意圖；
[0018] 圖3為轉(zhuǎn)子部件示意圖。
[0019] 附圖標記說明：
[0020] 1 -左接頭；11 一左接頭內(nèi)導(dǎo)體；111 一左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔；12 -左接頭外導(dǎo) 體；13 -左接頭支撐介質(zhì)；2 -定子部件尾甲；21 -定子部件尾甲左階梯；22-定子部件尾 甲內(nèi)部空腔；23 -定子部件尾甲的第三級階梯；3 -轉(zhuǎn)子部件尾甲；31 -轉(zhuǎn)子部件尾甲左 階梯；32 -轉(zhuǎn)子部件尾甲的弟^級階梯；4 一右接頭；41 一右接頭內(nèi)導(dǎo)體；411 一右接頭內(nèi) 導(dǎo)體圓柱空腔；42 -右接頭外導(dǎo)體；43 -右接頭支撐介質(zhì)；5 -微型彈簧；6 -插針；7 -微 型球軸承；8 -內(nèi)圈鎖緊蓋；9 一外圈鎖緊蓋。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實施例并對照附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0022] -種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，包括定子部件和轉(zhuǎn)子部件，定子部件由左接頭1和定 子部件尾甲2組成，由左接頭內(nèi)導(dǎo)體11、左接頭外導(dǎo)體12和左接頭支撐介質(zhì)13組成的左接 頭1為同軸線結(jié)構(gòu)，左接頭內(nèi)導(dǎo)體11與左接頭外導(dǎo)體12之間設(shè)置有左接頭支撐介質(zhì)13， 左接頭內(nèi)導(dǎo)體11的長度大于左接頭外導(dǎo)體12和左接頭支撐介質(zhì)13的長度，且左接頭內(nèi)導(dǎo) 體11的右端設(shè)有底部為錐形的左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111，定子部件尾甲2套在左接頭外 導(dǎo)體12的右端外部，定子部件尾甲2的外壁和內(nèi)壁形狀均為階梯狀，且定子部件尾甲2的 左端內(nèi)徑小于定子部件尾甲2的右端內(nèi)徑；轉(zhuǎn)子部件由轉(zhuǎn)子部件尾甲3和右接頭4組成，由 右接頭內(nèi)導(dǎo)體41、右接頭外導(dǎo)體42和右接頭支撐介質(zhì)43組成的右接頭4為同軸線結(jié)構(gòu)，右 接頭內(nèi)導(dǎo)體41和右接頭外導(dǎo)體42之間設(shè)置有右接頭支撐介質(zhì)43,右接頭內(nèi)導(dǎo)體41的長度 大于右接頭外導(dǎo)體42和右接頭支撐介質(zhì)43的長度，且右接頭內(nèi)導(dǎo)體41的左端設(shè)有右接頭 內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411，轉(zhuǎn)子部件尾甲3套在右接頭外導(dǎo)體42的左端外部，轉(zhuǎn)子部件尾甲3的 外壁為階梯形，轉(zhuǎn)子部件尾甲3的左端外徑小于轉(zhuǎn)子部件尾甲3的右端外徑，轉(zhuǎn)子部件尾甲 3的內(nèi)徑與定子部件尾甲2的左端內(nèi)徑相等；在右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411內(nèi)從右向左依 次放置有微型彈簧5和插針6,將轉(zhuǎn)子部件和微型彈簧5、插針6的整體結(jié)構(gòu)向左軸向伸入 到定子部件尾甲內(nèi)部空腔22內(nèi)，確保插針6的左端正好頂住左接頭內(nèi)導(dǎo)體11右端的左接 頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111的錐形底部，并使左接頭內(nèi)導(dǎo)體11的右端面與右接頭內(nèi)導(dǎo)體41的 左端面不接觸，轉(zhuǎn)子部件尾甲3左端的外壁與定子部件尾甲2右端的內(nèi)壁不接觸，留有伸縮 間隙，僅轉(zhuǎn)子部件尾甲左階梯31的左端面與定子部件尾甲左階梯21的右端面面接觸；微型 球軸承7套在轉(zhuǎn)子部件尾甲3的中間外壁上，且微型球軸承7的外壁與定子部件尾甲2的 中間內(nèi)壁接觸，微型球軸承7的左