端抵住轉(zhuǎn)子部件尾甲的第二級(jí)階梯32的右端面和定子部 件尾甲的第三級(jí)階梯23的右端面，內(nèi)圈鎖緊蓋8通過螺紋旋在轉(zhuǎn)子部件尾甲3的右側(cè)外壁 上，且內(nèi)圈鎖緊蓋8的左端面抵住微型球軸承7的右端面，外圈鎖緊蓋9通過螺紋旋在定子 部件尾甲2的右側(cè)內(nèi)壁上，且外圈鎖緊蓋9的左端面抵住微型球軸承7的右端面，內(nèi)圈鎖緊 蓋8的外壁與外圈鎖緊蓋9的內(nèi)壁之間不接觸，內(nèi)圈鎖緊蓋8的右端面、外圈鎖緊蓋9的右 端面均與定子部件尾甲2的右端面齊平。
[0023] 定子部件的左接頭1和轉(zhuǎn)子部件的右接頭4均為以介電常數(shù)為2. 08的聚四氟乙 烯材料為支撐介質(zhì)，特性阻抗為50歐，外導(dǎo)體內(nèi)徑為4_左右的SMA母頭。
[0024] 為保證定子部件尾甲2與左接頭1連接時(shí)阻抗匹配、轉(zhuǎn)子部件尾甲3與右接頭4 連接時(shí)阻抗匹配，需分別根據(jù)理論公式計(jì)算定子部件尾甲2左端口的內(nèi)徑以及轉(zhuǎn)子部件尾 甲3右端口的內(nèi)徑，使端口阻抗均為50歐。
[0025] 理論公式如下：
[0026] 已知同軸線特性阻抗公式為：
[0028] 為保證同軸線單模傳輸TEM波，需滿足：
[0029] λ ^ Ji (D+d) (2)
[0030] 其中，ε 1^為支撐介質(zhì)的介電常數(shù)，D為外導(dǎo)體內(nèi)徑，d為內(nèi)導(dǎo)體直徑，λ為中心工 作頻率對(duì)應(yīng)波長。
[0031] 左接頭1與右接頭4的支撐介質(zhì)為聚四氟乙烯材料介質(zhì)，其介電常數(shù)ε 2. 08， 由公式（1) (2)可計(jì)算出左接頭與右接頭的內(nèi)導(dǎo)體直徑和外導(dǎo)體內(nèi)徑值；定子部件尾甲2 的左端口與左接頭內(nèi)導(dǎo)體右端之間為空氣介質(zhì)，ε ^1=1?？芍ㄗ硬考布?的左端 口內(nèi)徑D'大于填充聚四氟乙烯材料介質(zhì)的左接頭1的外導(dǎo)體內(nèi)徑D，關(guān)系式為·
同理，轉(zhuǎn)子部件尾甲3的右端口與右接頭內(nèi)導(dǎo)體左端之間也為空氣介質(zhì)，可知轉(zhuǎn)子部件尾 甲3的右端口內(nèi)徑D'大于填充聚四氟乙烯材料介質(zhì)的右接頭4的外導(dǎo)體內(nèi)徑D，關(guān)系式為
[0032] 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的壁厚以及右接頭內(nèi)導(dǎo)體41 左端的右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411的壁厚均不大于0. 4mm。
[0033] 所述定子部件尾甲2和轉(zhuǎn)子部件尾甲3的各級(jí)階梯長度根據(jù)傳輸線的特征規(guī)律， 以ΙΑ長為初始設(shè)計(jì)值。 4
[0034] 微型彈簧5放在右接頭內(nèi)導(dǎo)體41左端的右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411內(nèi)，需合理選 擇微型彈簧5的長度、直徑和彈性系數(shù)，保證旋轉(zhuǎn)過程中，插針6與左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱形空 腔111的底部錐形凹槽始終接觸，從而實(shí)現(xiàn)定子部件和轉(zhuǎn)子部件之間的電氣連接。
[0035] 插針6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6 的直徑略小于左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411的直徑，以減小旋 轉(zhuǎn)過程中插針6與左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411內(nèi)壁的接觸面 積，從而減少摩擦。插針6左端錐體相比左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111底部的錐體錐角略小。 這里錐體的設(shè)計(jì)是為增強(qiáng)電磁波傳輸效率，同時(shí)減小接觸面的接觸面積，減小摩擦。錐體的 最佳錐角值借助電磁仿真軟件CST優(yōu)化得到。
[0036] 為增強(qiáng)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13、定子部件 尾甲2和右接頭外導(dǎo)體42、轉(zhuǎn)子部件尾甲3均為不銹鋼材料，左接頭內(nèi)導(dǎo)體11和右接頭內(nèi) 導(dǎo)體41為鈹青銅材料。在左接頭外導(dǎo)體12與右接頭外導(dǎo)體42的內(nèi)表面、左接頭內(nèi)導(dǎo)體11 與右接頭內(nèi)導(dǎo)體41的外表面、左接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔111和右接頭內(nèi)導(dǎo)體圓柱空腔411的 內(nèi)表面、定子部件尾甲2和轉(zhuǎn)子部件尾甲3的內(nèi)表面均鍍覆有不大于4um厚的貴金屬Au。
[0037] 本實(shí)用新型以定子部件的左接頭1為信號(hào)輸入端，以插針6為信號(hào)中間過渡段，以 轉(zhuǎn)子部件的右接頭4為信號(hào)輸出端。定子部件與轉(zhuǎn)子部件之間通過微型球軸承7實(shí)現(xiàn)相互 旋轉(zhuǎn)。
[0038] 以上給出了該微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)組成和主要尺寸計(jì)算方法。運(yùn)用電磁仿 真軟件CST建立該微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的模型并進(jìn)行仿真，便可以得到其性能參數(shù)值。一般情況 下，該參數(shù)值是基本能滿足要求的。為改善其性能，可以在上述尺寸基礎(chǔ)上進(jìn)一步微調(diào)和優(yōu) 化，以獲得最佳結(jié)果。最后，在對(duì)經(jīng)過上述設(shè)計(jì)所加工出來的微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)進(jìn)行測試，在其 輸入端和輸出端連接同軸轉(zhuǎn)換器，得到微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的主要性能指標(biāo)如下：
[0039] (1)頻率范圍：0 ~18GHz ;
[0040] (2)駐波：在20%的相對(duì)帶寬內(nèi)小于1. 2 ;
[0041] (3)插損：在20%的相對(duì)帶寬內(nèi)小于0· 5 ;
[0042] (4)穩(wěn)定性：該微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)任意角度，駐波變化小于0. 02,插損變化小于 0. 05 ；
[0043] (5)結(jié)構(gòu)尺寸：最大外徑小于13mm，長度小于29mm〇
[0044] 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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(jí)階梯的右端面和定子部件尾甲的第三級(jí)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。2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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0. 4mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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)，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(shí)現(xiàn)定子部件和轉(zhuǎn)子部件之間的電氣連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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。5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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。6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于：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〇
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微小型微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，包括由作為信號(hào)輸入端的左接頭與定子部件尾甲組成的定子部件和作為信號(hào)輸出端的右接頭與轉(zhuǎn)子部件尾甲組成的轉(zhuǎn)子部件，二者通過軸承實(shí)現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。所述左接頭和右接頭均為同軸線結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子部件尾甲嵌在定子部件尾甲的空腔內(nèi)。微型彈簧和插針依次裝入右接頭內(nèi)導(dǎo)體左端的圓柱形空腔內(nèi)，插針左端伸入左接頭內(nèi)導(dǎo)體右端的圓錐形空腔內(nèi)，并保證旋轉(zhuǎn)過程中插針左端始終與空腔內(nèi)錐形底部相接觸。內(nèi)外圈鎖緊蓋安裝在轉(zhuǎn)子部件尾甲右端外側(cè)和定子部件尾甲右端內(nèi)側(cè)。本實(shí)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(qiáng)的特點(diǎn)，尤其適用于狹小空間的安裝布局要求。
【IPC分類】H01P1/06
【公開號(hào)】CN205069817
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520785404
【發(fā)明人】張 林, 周萍, 王斌, 薄夫森, 李道元
【申請(qǐng)人】九江精達(dá)檢測技術(shù)有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月12日