一种宽带多路旋转关节的设计

摘要

随着宽带、超宽带天线技术的日益发展,在雷达馈线系统中迫切需要与天线带宽相匹配的各种宽带、超宽带旋转关节,在工程应用中它们既要有紧凑、合理的结构布局,又要求具有良好的电讯特性。
　　 本论文的研究目的是为某项目提供一种宽带多路旋转关节的设计方案及样机。方案要求旋转关节的三个支路具有较宽的工作频带,其中宽带波导型旋转关节和宽带非接触式同轴线旋转关节,既要能实现宽频带工作,又要能承受一定的高额功率,目前国内尚无满足工程技术指标所需性能的产品。本文吸取了大量技术文献资料的精华,并结合长期积累的工程设计经验,依据微波宽带滤波器元件设计原理,结合有限元、FDTD数值计算方法和商业电磁仿真软件设计出了满足项目要求的旋转关节。
　　 论文研究工作侧重三个波段。旋转关节C波段支路以同轴—脊形阶梯波导变换为设计模型,应用切比雪夫阻抗变换器的设计方法,计算和优化了各阶梯脊的阻抗,优化设计出的该支路旋转关节带宽可达30％以上。旋转关节S波段宽带同轴线支路从宽带硬同轴线结构入手,给出了各节传输线阻抗匹配的设计结果,解决了设计非接触式旋转关节内外导体扼流槽的难点,设计出的该支路旋转关节带宽达到40％以上。旋转关节X波段同轴线支路为低功率支路,通过改进接触式旋转关节外导体接触面的结构,消除了接触磨损对电性能的影响,延长了旋转关节的工作寿命和提高了其电性能,提供了一种解决接触式旋转关节工程使用中普遍存在难题的技术手段。
　　 本文首先阐述了旋转关节各支路的设计原理、设计方法和步骤,其次介绍了各支路旋转关节的关键设计技术,分别给出了利用电磁场仿真软件对设计方案进行的优化计算结果和利用Solidworks软件对三个支路旋转关节的新型设计结构三维仿真验证的结果,绘制出了旋转关节各支路的零件结构图和整件总装图,并针对软件仿真与试验件结果之间的误差,给出了提高旋转关节各支路电性能的调配措施。最后给出了旋转关节试验件的实测曲线,结果表明电性能指标良好,可满足应用要求。本设计方案为宽带多路旋转关节的工程应用提供了技术储备,并可将其类推用于不同频段宽带旋转关节的设计。