转动和制动角度灵活多变的圆极化器

摘要

本发明公开了一种转动和制动角度灵活多变的圆极化器，包括波导管组件(1)、驱动装置(2)、角度测量机构，以及印制板(33)，驱动装置(2)驱动波导管组件(1)转动，角度测量机构测量波导管组件(1)转动的角度，并传送给印制板(33)，印制板(33)根据波导管组件(1)转动的角度以及外部输入指令控制驱动装置(2)的电机，从而控制波导管组件(1)旋转的角度。本发明相比现有技术具有以下优点：转动和制动角度灵活多变，使得相位角和极化方向能够按不同的波长和参数在程序中进行调整和设置，而不必改变机械结构。

说明书

技术领域

本发明属于电磁波的传播控制、相位调整和极化装置，具体涉及圆极化器。

背景技术

如图15所示，为现有老式圆极化器，现有老式圆极化器依靠机械式的触发和制动，制动角度固定不变，只能设置在某几个角度位置，如图17所示，制动锁定，不能在其它位置停止和保持，故不能将波导管中电磁波束的相位移动到任意非特殊的某个相位角或极化方向。

由于依靠固定位置62上安装的接近开关63的触发，如图16所示，来实现测角和定位，接近开关安装位置精度不易控制，造成圆极化器定位精度差。

以顶柱60滑入凹槽61为定位方式的老式圆极化器，由于凹槽的位置误差和制造误差难以精确控制，造成制造出现不合格和返工的情况经常出现。老式圆极化器的传动机械结构复杂，可靠性低，制造加工和维护成本高，设备整体比较笨重。

防雨槽的缺失，使得电连接器64容易淋雨和受腐蚀。

当波导管内部转播的波长和波段发生变化时，由于机械结构配合精密，造成老式圆极化器的重新设计和改型过程比较费时复杂。

老式圆极化器的人机接口方式比较单一和匮乏。用于极化工作的介质片65完全封闭在旋转波段管内部，外面无法直接观察，导致介质片的工作角度，在系统调试和正常工作时，无法直观读取。只能通过电参数来间接获得，当相关电参数出现故障时，容易出现误判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种转动和制动角度灵活多变的圆极化器。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种转动和制动角度灵活多变的圆极化器，包括波导管组件(1)、驱动装置(2)、角度测量机构，以及印制板(33)，驱动装置(2)驱动波导管组件(1)转动，角度测量机构测量波导管组件(1)转动的角度，并传送给印制板(33)，印制板(33)根据波导管组件(1)转动的角度以及外部输入指令控制驱动装置(2)的电机，从而控制波导管组件(1)旋转的角度。

作为优化的技术方案，驱动装置(2)与波导管组件(1)通过齿轮连接，角度测量机构与波导管组件(1)通过齿轮连接。

作为优化的技术方案，所述波导管组件(1)包括波导管齿轮(15)，波导管(16)，以及介质片(28)，波导管齿轮(15)套在波导管(16)外部，介质片(28)通过波导管(16)内部的凹槽镶嵌在波导管(16)内部，驱动装置(2)与波导管组件(1)通过波导管齿轮(15)连接。

作为优化的技术方案，所述驱动装置(2)包括电机(19)，电机减速箱(20)，电机支座(21)，以及电机组合齿轮(22)，电机(19)输出端直接和电机减速箱(20)输入端相连，电机减速箱(20)输出端连接至电机组合齿轮(22)，电机减速箱(20)通过其法兰固定在电机支座(21)上，所述电机组合齿轮(22)与波导管组件(1)外部的齿轮啮合。

作为优化的技术方案，所述角度测量机构包括编码器(9)，编码器联轴器(10)，编码器减速箱(11)，编码器减速箱联轴器(12)，编码器支座(13)，编码器齿轮传动轴，以及编码器组合齿轮(14)，编码器(9)的输入端连接编码器联轴器(10)一端相连，编码器联轴器(10)的另一端连接编码器减速箱(11)的输出端，编码器减速箱(11)的输入端连接编码器减速箱联轴器(12)的一端，编码器减速箱联轴器(12)的另一端连接编码器齿轮传动轴，编码器齿轮传动轴连接编码器组合齿轮(14)，编码器齿轮传动轴通过轴承与编码器支座(13)相连接，编码器(9)和编码器减速箱(11)通过各自的法兰均与编码器支座(13)相连接，编码器组合齿轮(14)，波导管组件(1)外部的齿轮啮合。

作为优化的技术方案，该圆极化器还包括动作执行机构，动作执行机构包括波导管上轴承(17)以及波导管下轴承(18)，波导管上轴承(17)和波导管下轴承(18)把包括波导管(16)在内的波导管组件(1)可旋转的安装连接在外壳(25)。

作为优化的技术方案，该圆极化器还包括指针(3)，指针(3)固定在外壳上25，波导管(16)外表面上印有刻度和相对应的角度数值印字，构成刻度盘(4)；当包括波导管(16)在内的波导管组件(1)旋转时，通过波导管(16)上刻度盘(4)的刻度值与指针(3)的相对位置，读取波导管旋转过的角度。

作为优化的技术方案，所述外壳(25)内壁安装有印制板支架(35)，印制板支架(35)上安装有印制板(33)。

作为优化的技术方案，该圆极化器还包括上端盖(23)，下端盖(24)，上端盖(23)和下端盖(24)把动作执行机构封闭在外壳内部的密闭空间中，该圆极化器还包括上端盖密封圈(26)、下端盖密封圈(27)、透明盖板密封圈(6)、第一防水连接器(7)、第二防水连接器(8)，所述上端盖密封圈(26)安装在上端盖(23)和外壳(25)的接触面之间，下端盖密封圈(27)安装在下端盖(24)和外壳(25)的接触面之间，第一防水连接器(7)和第二防水连接器(8)安装在下端盖(24)的连接器开孔处；上端盖密封圈(26)，下端盖密封圈(27)，透明盖板密封圈(6)，第一防水连接器(7)，以及第二防水连接器(8)将外壳(25)内部的空间与外部空间密封隔离开来。

作为优化的技术方案，该圆极化器还包括透明盖板(5)，紧密贴合在圆极化器的外壳25的开孔部位。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1.转动和制动角度灵活多变，使得相位角和极化方向能够按不同的波长和参数在程序中进行调整和设置，而不必改变机械结构。

2.编码器角度定位精度高于原始的传统机械凹槽式定位方式约一个数量级，使得极化更准确，极化效果更好。

3.电控系统比传统的机械零件定位制动系统更加轻便，减少了零部件个数和制造装配复杂度，同时降低了系统重量。

4.解决了内部元器件的密封和耐腐蚀问题，使之可以在沿海高湿度、高盐雾环境下，长期稳定工作。

5.人机接口简单易用。透明工程塑料盖板、刻度线、指针的增加，使得内部波导管的转动角度清晰可见，一目了然。杜绝了电性能故障导致的错误判断。

6.铜质导热支架使得电路板上产生的热量，很容易地通过支架，传导至铝制外壳上。保障了印制板上电子元器件的正常工作温度。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式圆极化器的整体三维视图。

图2是三个橡胶密封圈示意图。

图3是对图1所展示的底部端盖的三维特写和放大视图。

图4是对图1切除部分外壳后的内部传动和测角系统展示图。

图5是图1内部波导管的三维视图。

图6是展示了内部介质片和卡槽的波导管三维展示图。

图7是展示了电连接器和防雨槽的仰视图。

图8是图7的主视图。

图9是图8的左视图。

图10是图8的K向图。

图11是图8的J向图。

图12是电机组合支座。

图13是编码器组合支座。

图14是圆极化器内部印制板以及用于对其固定和导热支架的三维视图。

图15是老式圆极化器截面视图。

图16是对图15的A-A截面剖分视图。

图17是对图15的B-B截面剖分视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明实施例的转动和制动角度灵活多变的圆极化器，包括波导管组件1、驱动装置2、角度测量机构(图未标示)、动作执行机构(图未标示)，以及印制电路板33。驱动装置2驱动波导管组件1转动，角度测量机构测量波导管组件1转动的角度，并传送给印制电路板33，印制电路板33根据波导管组件1转动的角度以及外部输入指令控制驱动装置2的电机，从而控制波导管组件1旋转的角度。

更具体的，驱动装置2与波导管组件1通过齿轮连接，角度测量机构与波导管组件1通过齿轮连接。

同时参阅图4、5、6所示，所述波导管组件1包括波导管齿轮15，波导管16，以及介质片28，波导管齿轮15套在波导管16外部，介质片28通过波导管16内部的凹槽镶嵌在波导管16内部，驱动装置2与波导管组件1通过波导管齿轮15连接。

如图4所示，所述驱动装置2包括电机19，电机减速箱20，电机支座21，以及电机组合齿轮22，电机19输出端直接和电机减速箱20输入端相连，电机减速箱20输出端连接至电机组合齿轮22，电机减速箱20通过其法兰固定在电机支座21上。所述电机组合齿轮22与波导管齿轮15啮合。

如图4所示，所述角度测量机构包括编码器9，编码器联轴器10，编码器减速箱11，编码器减速箱联轴器12，编码器支座13，编码器齿轮传动轴，以及编码器组合齿轮14。编码器9的输入端连接编码器联轴器10一端相连，编码器联轴器10的另一端连接编码器减速箱11的输出端，编码器减速箱11的输入端连接编码器减速箱联轴器12的一端，编码器减速箱联轴器12的另一端连接编码器齿轮传动轴(图未标示)，编码器齿轮传动轴连接编码器组合齿轮14，编码器齿轮传动轴通过轴承(图未标示)与编码器支座13相连接，编码器9和编码器减速箱11通过各自的法兰均与编码器支座13相连接。

同时参阅图9所示，所述动作执行机构包括波导管上轴承17以及波导管下轴承18，波导管上轴承17和波导管下轴承18把包括波导管16在内的波导管组件1安装连接在外壳25上，外壳25通过法兰安装固定在上端盖23和下端盖24之间。

上述的驱动装置2，动作执行机构，以及角度测量机构，构成一个完整的传动、执行、测量反馈的闭环机电驱动系统；圆极化器利用所述闭环机电驱动系统，驱动波导管16内部的介质片28旋转合适的角度，从而对通过波导管的电磁微波，进行有目的的极化处理。

同时参阅图4、图11、图12，所述的电机支座21上开有若干平行的腰形通孔212，水平方向为腰形通孔212的长度方向，用螺栓穿过这些腰形通孔212，把包括电机支座21在内的驱动装置2与外壳25连接固定在一起；利用这些腰形孔212的游动调节能力，可以调节驱动装置2上电机组合齿轮22与动作执行机构上波导管齿轮15之间的间隙，将间隙调整到恰当的大小；将所述的间隙调整恰当后，拧紧电机支座螺栓螺帽31，然后在外壳25和电机支座21上打通孔，在通孔内打入电机支座销钉32，将驱动装置2永久固定在外壳25上。

同时参阅图4、图10、图13，所述的编码器支座13上开有若干平行的腰形通孔132，水平方向为腰形通孔132的长度方向，用螺栓穿过这些腰形通孔132，把包括编码器支座13在内的角度测量机构与外壳25连接固定在一起；利用这些腰形孔132的游动调节能力，可以调节角度测量机构上编码器组合齿轮14与动作执行机构上波导管齿轮15之间的间隙，将间隙调整到恰当的大小；将所述的间隙调整恰当后，拧紧编码器支座螺栓螺帽29，然后在外壳25和编码器支座13上打通孔，在通孔内打入编码器支座销钉30，将角度测量机构永久固定在外壳25上。

同时参阅图9所示，该圆极化器还包括上端盖23，下端盖24，上端盖23和下端盖24把动作执行机构封闭在外壳内部的密闭空间中。上端盖23和下端盖24通过法兰分别安装在外壳25的上下两端。

同时参阅图1和图4，该圆极化器还包括指针3，指针3通过螺栓固定在外壳上25，波导管16外表面上印有刻度和相对应的角度数值印字，构成刻度盘4；当包括波导管16在内的波导管组件1旋转时，可以通过波导管16上刻度盘4的刻度值与指针3的相对位置，读取波导管旋转过的角度，可用于调试角度的校对和电性能故障分析。

继续参阅图1，该圆极化器还包括透明盖板5，其安装在外壳25的L型通孔部位，用于遮盖和密封该通孔。透明盖板形状呈L形，紧密贴合在外壳25的开孔部位，便于操作者可以透过外壳25开孔，观察内部波导管组件1的转动情况。

同时参阅图1、图8、图14，所述外壳25内壁安装有印制板支架35，印制板支架35上安装有印制板33；印制板35和外壳25之间的连接，采用支架滚花高头螺钉36连接；印制板支架35和印制板33之间的连接，采用印制板滚花高头螺钉34连接；印制板及印制板电路元器件可用于接受用户指令，同时读取编码器9获取的波导管组件1旋转角度，并控制电机19转速大小及启停动作。

作为优化的技术方案，所述印制板支架35制造选材采用导热性良好的铜材，所属印制板33与铜质印制板支架35接触部分镀上金属镀层；印制板工作时，镀层将印制板33上产生的热量快速传导至铜质印制板支架上35，印制板支架接着将热量传导至外壳25。

作为优化的技术方案，同时参阅图2、图7，该圆极化器还包括上端盖密封圈26、下端盖密封圈27、透明盖板密封圈6、第一防水连接器7、第二防水连接器8，所述上端盖密封圈26安装在上端盖23和外壳25的接触面之间，下端盖密封圈27安装在下端盖24和外壳25的接触面之间，第一防水连接器7和第二防水连接器8安装在下端盖24的连接器开孔处；上端盖密封圈26，下端盖密封圈27，透明盖板密封圈6，第一防水连接器7，以及第二防水连接器8将外壳25内部的空间与外部空间密封隔离开来，防止外部环境中的盐雾和水汽侵入外壳内部，腐蚀内部的工作元器件。

具体的，同时参阅图3所示，下端盖24的边沿开有凹槽37，下端盖24上用于安装第一防水连接器7和第二防水连接器8的连接器开孔处，与连接器接触的外表面，做下沉凹陷处理，第一防水连接器7和第二防水连接器8的连接器开孔分别对应于第一防水连接器方形沉孔38和第二防水连接器8的方形沉孔39；凹槽37，第一防水连接器7的方形沉孔38和第二防水连接器8的方形沉孔39构成一个防水屏障，当有雨水沿外壳25流到下端盖24时，这个防水屏障将雨水导流走，而不会通过连接器开孔，进入外壳25内部。

作为优化的技术方案，波导管16内壁开具的凹槽和插入其内的介质片28的公差配合恰当，使凹槽可以卡住、并固定插入其内部的介质片28；凹槽的存在，使介质片28可以容易和方便地被取出，并更换不同的尺寸类型，使其适应于对不同的波段和波长的电磁微波极化工作。

实施方式一：

编码器9选用906-28XZ42型号，编码器联轴器10和编码器减速箱联轴器12均选用型号为联轴器SFC-005SA2-3B-3B-M，电机19选用型号为：Maxon RE25系列中的339152，其额定转速为10900rpm，电机减速箱20选用Maxon GP 32A系列的166167，其减速比为86。

编码器减速箱11减速比为5.2：1。编码器组合齿轮14齿数为20，模数为2.5mm，波导管齿轮15齿数为104，模数为2.5mm，这样大小齿轮减速比为20/104＝1/5.2。因而，波导管组件1的转动角速度，始终与编码器9保持同步，方便了编码器9实时解读波导管组件1运转状态。

电机19的额定功率20W,额定转矩28.8mNm，额定转速10900rpm。

齿轮箱20减速比为86，最大连续输出转矩为4.5Nm。

由电机19输出轴，经所选齿轮箱20减速后，转矩变为：1.73Nm，在齿轮箱20最大许可转矩范围[0，4.5Nm]之内，故齿轮箱可用。

电机组合齿轮22齿数为20，模数2.5mm。电机组合齿轮22和波导管齿轮15之间的减速比为104/20＝5.2。因此电机输出轴到最终的动作执行元件波导管组件1减速比为86×5.2＝447.2，经核算这个减速比符合输出转速和扭矩要求。

用编码器9读取到的波导管组件1转动角度，来控制电机19的启停，从而保证波导管组件1能够转到所需要的合适的角度位置。进而保证了波导管组件1内的介质片28(型号TF-1/2)能够处在合适的极化角度，对通过波导管的电磁微波进行正确地极化处理。

实施方式二：

电机支座21上开5个平行的腰形通孔，用螺栓穿过这些腰形通孔，把包括电机支座21在内的驱动装置2与铝制外壳25连接固定在一起(注意螺栓轻轻带上劲即可，不要完全固定死，以便于下一步的游隙调节)。利用这些腰形孔的游动调节能力，在用榔头来回敲打电机支座21时，可以调节驱动装置2上电机组合齿轮22与动作执行机构上波导管齿轮15之间的间隙，将间隙调整到恰当的大小，既不能因太小太紧造成传动卡死，又不能让其间隙太大。以免造成齿轮背隙大，传动精度低，这个间隙控制在0.01mm左右比较合适。将这个间隙调整恰当后，拧紧电机支座螺栓螺帽31，然后在外壳25和电机支座21上打3个直径为5mm通孔(公差选用负值，以便与销钉之间产生过盈配合，紧固打入其中的销钉)，在通孔内打入电机支座销钉32(型号为：圆柱销A5×16)，将驱动装置2永久固定到外壳25上。

实施方式三：

编码器支座13上开5个平行的腰形通孔，用螺栓穿过这些腰形通孔，把包括编码器支座13在内的角度测量机构与铝制外壳25连接固定在一起(注意螺栓轻轻带上劲即可，不要完全固定死，以便于下一步的游隙调节)。利用这些腰形孔的游动调节能力，在用榔头来回敲打编码器支座13时，可以调节角度测量机构上编码器组合齿轮14与动作执行机构上波导管齿轮15之间的间隙，将间隙调整到恰当的大小，既不能因太小太紧造成传动卡死，又不能间隙太大造成齿轮背隙大。以免造成齿轮背隙大，传动精度低，这个间隙控制在0.01mm左右比较合适。将这个间隙调整恰当后，拧紧编码器支座螺栓螺帽29，然后在外壳25和编码器支座13上打3个直径为5mm通孔(公差选用负值，以便与销钉之间产生过盈配合，紧固打入其中的销钉)，在通孔内打入编码器支座销钉30(型号为：圆柱销A5×16)，将角度测量机构永久固定到外壳25上。

实施方式四：

操作者的控制指令，通过外壳25上安装的两个防水连接器，传送至印制板电路，印制板电路控制由驱动装置2，动作执行机构，以及角度测量机构(即由传动、执行、测量反馈三者)构成的闭环机电驱动系统，使波导管组件1精确旋转至某个所需要的角度，从而使得波导管组件1内部的介质片TF-1/2，对通过波导管16中的电磁微波，产生了所需要的极化效果。

印制板33电路通电工作时，会产生热量，这个热量通过印制板33边沿镀的金属锡层，传导给铜质印制板支架35，印制板支架将这些热量传导给与其连接的外壳25，外壳25将热量最终散发到外壳周围的空气中。从而保障了印制板33电路因工作产生的高温，可以被迅速带走，保证其工作在正常的许可温度之下。

实施方式五：

波导管16外壁上印有一圈刻度和对应的刻度值，构成一个可以读取转动角度的刻度盘4。为了方便曲面印字，刻度和印字采用移印方式，0刻度线与内腔凹槽中心线相对应一致，以便于从外部刻度来判断内部的介质片TF-1/2转动的角度。

固定在外壳25内壁上的指针3采用材质比较软的铝板1060，厚度为1mm。由于铝板材质较软且厚度比较薄，方便于手动调节和校准，指针3与零刻度线的零点重合位置。

透明工程塑料盖板5采用无色透明有机玻璃加工而成，形状呈L形，紧密贴合在外壳25的开孔部位，便于操作者可以透过外壳25开孔，观察内部波导管组件1的转动情况。可以通过波导管16上刻度盘4的刻度值与指针3的相对位置，读取波导管旋转过的角度，可用于调试角度的校对和电性能故障分析。

实施方式六：

在上端盖23和外壳25的接触面之间安装直径为3mm的上端盖密封圈26，嵌在上端盖密封圈卡槽中；在下端盖24和外壳25的接触面之间安装直径为3mm的下端盖密封圈27，嵌在下端盖密封圈卡槽中；在透明工程塑料盖板5和外壳25的接触面之间安装直径为3mm的透明盖板密封圈6，嵌在外壳25开孔周围的密封圈卡槽中。各密封圈的长度根据实际卡槽的长度进行定制。上端盖密封圈26、下端盖密封圈27、以及透明盖板密封圈6保障了各接口之间的连接密封防水性能，使得外壳25外部的水汽和盐雾不易侵入其内部，防止腐蚀腐蚀核心元器件。

下端盖24的边沿开有宽度×深度为2×1mm的凹槽37，下端盖上用于安装防水连接器7(型号：连接器JY27466T13B04PN)和防水连接器8(型号：连接器JY27466T15B97PN)的连接器开孔处，与连接器接触的外表面，做下沉凹陷处理，防水连接器7和防水连接器8的连接器开孔分别对应于连接器7方形沉孔38(长×宽×深：31×31×3.8mm)和连接器8方形沉孔39(长×宽×深：33×33×3.8mm)；凹槽37、方形沉孔38和方形沉孔39构成一个防水屏障，当有雨水沿外壳25流到下端盖25时，这个防水屏障可以将雨水导流走，而不会通过连接器开孔进入外壳25内部，防止其腐蚀破坏电路和其它核心元器件。

实施方式七：

波导管16内壁相隔180°开两个宽度为的凹槽，内部的介质片TF-1/2厚度为使得凹槽和介质片形成一个的过渡类型公差配合。这样，介质片能够被插入凹槽，而介质片与凹槽之间的摩擦力的存在，又使得凹槽内的介质片不容易滑动。

当通过波导管16的波长改变后，需要更换厚度相同但表面尺寸不同的介质片TF-1/3时，将原介质片TF-1/2从凹槽中推出，再插入新的具有相同厚度的介质片TF-1/3即可。

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。