一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，包括單波導轉(zhuǎn)子，雙波導轉(zhuǎn)子、雙波導定子、單波導定子、第一軸承、第二軸承、第一連接臂、第二連接臂、第一內(nèi)導體、第二內(nèi)導體以及第三內(nèi)導體。本發(fā)明的軸向距離短，降低了信號傳輸損耗，解決了多通道Ka頻段信號傳輸問題，收發(fā)隔離度好，同時采用雙軸承設計，通過精密加工和裝配，保證了同軸度，大大降低了旋轉(zhuǎn)時電性能波動，提高了航天器活動部件的可靠度。
【專利說明】一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，尤其涉及一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，屬于航天飛行器跟蹤機構設計領域。
【背景技術】
[0002]微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)是在雷達跟蹤旋轉(zhuǎn)過程中保證微波信號傳輸不間斷的一種具有機電一體特性的特殊裝置。
[0003]國內(nèi)微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)技術隨著雷達通信技術的發(fā)展而不斷進步，現(xiàn)如今已經(jīng)覆蓋到無線通信的各個領域，技術已十分成熟，主要包括接觸式與非接觸式兩種微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)。
[0004]現(xiàn)有的微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)主要為地面類通信產(chǎn)品，結構主要包含單路、兩路和多路形式，在國內(nèi)近地軌道航天飛行器領域，應用空間環(huán)境復雜多變情況下，多路旋轉(zhuǎn)關節(jié)產(chǎn)品存在著一定的局限性:
[0005](I)重量大:由于地面應用旋轉(zhuǎn)關節(jié)產(chǎn)品重量基本不受限，形式多樣，設計時較少考慮重量。
[0006](2)傳輸損耗高:在信號傳輸至Ka頻段時，由于信號有效傳輸距離長、傳輸表面粗糙度差及扼流槽耦合匹配不良引起；
[0007](3)旋轉(zhuǎn)波動大:由于同軸度差引起，一是出現(xiàn)在零件加工裝配環(huán)節(jié)，二是在復雜的空間環(huán)境下熱變形導致；
[0008](4)隔離度差:多路旋轉(zhuǎn)關節(jié)主要為嵌套形式，各通道間未采用物理隔離，導致隔離度變差，信號間存在干擾。
[0009](5)應用壽命短:現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)關節(jié)普通軸承在航天飛行器運行空間環(huán)境下易出現(xiàn)低溫冷焊現(xiàn)象，進而導致軸承卡死，使用壽命很短。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，具有多通道、低傳輸損耗、高耐受功率和壽命長的特點。
[0011]本發(fā)明的技術方案:一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，包括單波導轉(zhuǎn)子，雙波導轉(zhuǎn)子、雙波導定子、單波導定子、第一軸承、第二軸承、第一連接臂、第二連接臂、第一內(nèi)導體、第二內(nèi)導體以及第三內(nèi)導體；單波導轉(zhuǎn)子與雙波導轉(zhuǎn)子通過第一連接臂固定成轉(zhuǎn)子，雙波導定子與單波導定子通過第二連接臂固定成定子，轉(zhuǎn)子和定子通過第一軸承和第二軸承連接，實現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動；
[0012]第一內(nèi)導體為圓柱體，單波導轉(zhuǎn)子上部開有與第一內(nèi)導體相匹配的第一圓柱形空腔，第一內(nèi)導體安裝在第一圓柱形空腔中，與所述第一圓柱形空腔形成同軸線；單波導轉(zhuǎn)子環(huán)繞第一圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽與雙波導定子形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第一扼流槽；單波導轉(zhuǎn)子內(nèi)部開有第一矩形波導腔，單波導轉(zhuǎn)子的第一圓柱形空腔和第一內(nèi)導體構成的同軸線與第一矩形波導腔形成匹配傳輸結構；
[0013]雙波導轉(zhuǎn)子上部開有第二圓柱形空腔，用于安裝第二內(nèi)導體和第三內(nèi)導體，第二圓柱形空腔與第一圓柱形空腔共軸；雙波導轉(zhuǎn)子內(nèi)部開有第二矩形波導腔和第三矩形波導腔，雙波導轉(zhuǎn)子的第二圓柱形空腔分別與第二內(nèi)導體和第三內(nèi)導體構成互不相通的對稱同軸線，雙波導轉(zhuǎn)子的第二圓柱形空腔與第二內(nèi)導體構成的同軸線與第二矩形波導腔形成匹配傳輸結構，雙波導轉(zhuǎn)子的第二圓柱形空腔和第三內(nèi)導體構成的同軸線與第三矩形波導腔形成匹配傳輸結構；
[0014]雙波導定子上對稱開有兩個互不連通的圓柱形空腔，所述兩個圓柱形空腔均與第一圓柱形空腔共軸；雙波導定子在靠近雙波導轉(zhuǎn)子一側(cè)的圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第二扼流槽；雙波導定子內(nèi)部開有第四矩形波導腔和第五矩形波導腔，第一內(nèi)導體通過同軸線輻射，與第四矩形波導腔形成匹配傳輸結構、第二內(nèi)導體通過同軸線輻射，與第五矩形波導腔形成匹配傳輸結構；
[0015]單波導定子上開有與第二圓柱形空腔共軸的第四圓柱形空腔；單波導定子在環(huán)繞第四圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第三扼流槽；單波導定子內(nèi)部開有第六矩形波導腔，第三內(nèi)導體通過同軸線輻射，與第六矩形波導腔形成匹配傳輸結構。
[0016]所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動范圍為-135°?+135°。
[0017]所述單波導轉(zhuǎn)子、雙波導轉(zhuǎn)子、雙波導定子、單波導定子、第一內(nèi)導體、第二內(nèi)導體以及第三內(nèi)導體均采用金屬加工；
[0018]第一圓柱形空腔、第二圓柱形空腔、雙波導定子上的圓柱形空腔、第四圓柱形空腔、第一矩形波導腔、第二矩形波導腔、第三矩形波導腔、第四矩形波導腔、第五矩形波導腔以及第六矩形波導腔內(nèi)表面均進行鍍金屬處理。
[0019]所述第一矩形波導腔、第二矩形波導腔、第三矩形波導腔、第四矩形波導腔、第五矩形波導腔和第六矩形波導腔中均設計有階梯，以實現(xiàn)匹配傳輸。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0021](I)本發(fā)明的三通道旋轉(zhuǎn)關節(jié)采用非接觸式同軸線波導耦合結構，傳輸距離小于半個波長，可實現(xiàn)軸向距離短的結構，軸向收發(fā)通道實現(xiàn)物理隔離方式，使得各通道間隔離度好；各零件一體加工，相鄰通道共用同一波導腔壁，采用兩側(cè)雙軸承設計，降低了軸承使用數(shù)量，減小了體積與重量，實現(xiàn)多通道信號傳輸問題。
[0022](2)本發(fā)明的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)信號有效傳輸距離短，通過精加工及空腔的表面處理，使零件內(nèi)表面粗糙度很小，通過專用工裝裝配，保證扼流槽處有效間隙，同軸線耦合具有寬頻帶的特點，可實現(xiàn)信號的低損耗寬頻帶傳輸，K a頻段可達0.2 dB，3 O %相對帶寬。
[0023](3)本發(fā)明采用熱變形系數(shù)小專用金屬材料，通過精密裝配技術，保證了第一內(nèi)導體、第二內(nèi)導體及第三內(nèi)導體裝配的同軸度，精確控制軸承間游隙，大大降低了旋轉(zhuǎn)時電性能波動，相位穩(wěn)定度高，Ka頻段信號旋轉(zhuǎn)波動為0.02dB，提高了航天器活動部件的可靠度。
[0024](4)通過熱真空條件下旋轉(zhuǎn)關節(jié)壽命試驗驗證，本發(fā)明的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)能夠在低速環(huán)境下運行15轉(zhuǎn)。
[0025](5)本發(fā)明采用采用熱變形系數(shù)小專用金屬材料進行加工，軸承采用固體潤滑方式，環(huán)境適應溫度可達-100°c?+100°C，真空環(huán)境下應用壽命長久，可靠度高。
[0026](6)本發(fā)明的內(nèi)導體直徑大，傳輸阻抗小，可提高旋轉(zhuǎn)關節(jié)功率耐受能力，各通道在Ka頻段可耐受連續(xù)波功率100W。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為沿旋轉(zhuǎn)軸向的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合剖面圖；
[0028]圖2為本發(fā)明三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合三維外形圖；
[0029]圖3為本發(fā)明三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合扼流圈剖面圖。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明涉及一種三通道低損耗微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合，特別可應用到衛(wèi)星中繼終端分系統(tǒng)自跟蹤天線系統(tǒng)展開軸、X軸、Y軸微波接收、發(fā)射通道中，能夠保證天線在有限范圍內(nèi)展開、跟蹤過程中微波信號的連續(xù)、低損耗傳輸。
[0031]—種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，包括單波導轉(zhuǎn)子1，雙波導轉(zhuǎn)子3、雙波導定子2、單波導定子4、第一軸承501、第二軸承502、第一連接臂9、第二連接臂10、第一內(nèi)導體6、第二內(nèi)導體7以及第三內(nèi)導體8 ;單波導轉(zhuǎn)子I與雙波導轉(zhuǎn)子3通過第一連接臂9固定成轉(zhuǎn)子，雙波導定子2與單波導定子4通過第二連接臂10固定成定子，轉(zhuǎn)子和定子通過第一軸承501和第二軸承502連接，實現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動。
[0032]第一內(nèi)導體6為圓柱體，單波導轉(zhuǎn)子I上部開有與第一內(nèi)導體6相匹配的第一圓柱形空腔，第一內(nèi)導體6通過螺紋或螺釘安裝在第一圓柱形空腔中，與所述第一圓柱形空腔形成第一同軸線；單波導轉(zhuǎn)子I環(huán)繞第一圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽一側(cè)與雙波導定子2相接觸，與雙波導定子2形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第一扼流槽11 ;單波導轉(zhuǎn)子I內(nèi)部開有第一矩形波導腔14，第一矩形波導腔14垂直于第一圓柱形空腔，單波導轉(zhuǎn)子I的第一圓柱形空腔和第一內(nèi)導體6構成的第一同軸線與第一矩形波導腔14形成匹配傳輸結構。
[0033]雙波導轉(zhuǎn)子3上部開有第二圓柱形空腔，用于安裝第二同軸內(nèi)導體7和第三同軸內(nèi)導體8，第二圓柱形空腔與第一圓柱形空腔共軸，第二同軸內(nèi)導體7、第三同軸內(nèi)導體8和第二圓柱形空腔通過螺紋連接在一起，雙波導轉(zhuǎn)子3內(nèi)部開有垂直于第二圓柱形空腔的第二矩形波導腔15和第三矩形波導腔16，雙波導轉(zhuǎn)子3和第二同軸內(nèi)導體7構成第二同軸線，雙波導轉(zhuǎn)子3和第三同軸內(nèi)導體8構成第三同軸線，第二同軸線和第三同軸線構成互不連通的對稱同軸線；第二同軸線與第二矩形波導腔15形成匹配傳輸結構，第三同軸線與第三矩形波導腔16形成匹配傳輸結構。
[0034]雙波導定子2上部對稱開有兩個互不連通的圓柱形空腔，這兩個互不連通的圓柱形空腔均與第一圓柱形空腔共軸，靠近第一圓柱形空腔的圓柱形空腔與第一圓柱形空腔連通，靠近第二圓柱形空腔的圓柱形空腔和第二圓柱形空腔連通，雙波導定子2在靠近雙波導轉(zhuǎn)子3 —側(cè)的圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子3形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第二扼流槽12 ;雙波導定子2內(nèi)部開有第四矩形波導腔17和第五矩形波導腔18，第一內(nèi)導體6通過同軸線探針輻射，與第四矩形波導腔17傳輸匹配、第二同軸內(nèi)導體7通過同軸線探針輻射，與第五矩形波導腔18傳輸匹配。
[0035]單波導定子4上部開有與第二圓柱形空腔共軸的第四圓柱形空腔，且第四圓柱形空腔與第二圓柱形空腔連通；；單波導定子4在環(huán)繞第四圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子3形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第三扼流槽13 ;單波導定子4內(nèi)部開有第六矩形波導腔19，第三內(nèi)導體8通過同軸線輻射，與第六矩形波導腔19形成匹配傳輸結構。
[0036]第一內(nèi)導體6、第二內(nèi)導體7以及第三內(nèi)導體8在上述結構下形成了同軸內(nèi)導體。單波導轉(zhuǎn)子1、雙波導轉(zhuǎn)子3、雙波導定子2、單波導定子4、第一內(nèi)導體6、第二內(nèi)導體7以及第三內(nèi)導體8均采用金屬加工。第一圓柱形空腔、第二圓柱形空腔、圓柱形空腔、第四圓柱形空腔、第一矩形波導腔14、第二矩形波導腔15、第三矩形波導腔16、第四矩形波導腔17、第五矩形波導腔18以及第六矩形波導腔19內(nèi)表面均進行鍍金屬處理。
[0037]第二矩形波導腔15、第三矩形波導腔16和第六矩形波導腔19設計有I級階梯，以實現(xiàn)三個內(nèi)導體到相應矩形波導腔的傳輸匹配。
[0038]第一矩形波導腔14、第四矩形波導腔17和第五矩形波導腔18設計有2級階梯，以實現(xiàn)矩形波導腔到同軸線的傳輸匹配。
[0039]軸承的安裝:第一軸承501內(nèi)環(huán)與單波導轉(zhuǎn)子I接觸，第一軸承501外環(huán)與雙波導定子2接觸；第二軸承502內(nèi)環(huán)與雙波導轉(zhuǎn)子3接觸，第二軸承502外環(huán)與單波導定子4接觸、第二軸承502內(nèi)環(huán)通過壓環(huán)20固定到雙波導轉(zhuǎn)子3上，第二軸承502外環(huán)通過8個螺釘21固定到單波導定子4上，調(diào)整軸承的裝配游隙，保證旋轉(zhuǎn)關節(jié)各零件間的同心度。
[0040]三通道低損耗微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合為純金屬結構(鋁材或銅材)，微波信號通過的零件內(nèi)表面進行鍍金或?qū)щ娧趸幚?，保證高光潔度。第一內(nèi)導體6通過螺釘或螺紋固定到單波導轉(zhuǎn)子I上，第二內(nèi)導體7和第三內(nèi)導體8通過螺紋相互固定到雙波導轉(zhuǎn)子3上，裝配時應保證內(nèi)導體與外腔圓的同心度。波導腔加工采用數(shù)控電火花機床加工技術，保證結構在極端溫度條件下可靠。
[0041]控制三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合軸承軸向裝配精度，保持適當轉(zhuǎn)子、定子軸向間隙，利用間隙和軸承自身軸向游隙補償溫度變形，減小或避免溫度變形應力作用，使得軸承旋轉(zhuǎn)體之間軸向摩擦力減小，使軸承磨損變慢，延長軸承使用壽命。
[0042]本發(fā)明的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)為低損耗微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)組合，采用兩側(cè)對稱安裝雙軸承設計實現(xiàn)波導轉(zhuǎn)子與波導定子間的相互運動。轉(zhuǎn)動部件空間適應性關鍵技術在于產(chǎn)品中軸承的相關潤滑處理。在航天飛行器應用方面，選用真空鍍膜角接觸深溝球軸承，軸承保持架材料為聚酰亞胺或聚四氟乙烯，真空鍍膜軸承采用不銹鋼基材，采用固體自潤滑材料濺射工藝，工作溫度范圍大，能夠同時承受徑向和軸向轉(zhuǎn)動較大載荷，已多次應用在空間飛行器上，性能穩(wěn)定，長期運轉(zhuǎn)可靠，真空鍍膜軸承已隨整機進行壽命試驗驗證。
[0043]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:包括單波導轉(zhuǎn)子(I)，雙波導轉(zhuǎn)子(3)、雙波導定子(2)、單波導定子(4)、第一軸承(501)、第二軸承(502)、第一連接臂(9)、第二連接臂(10)、第一內(nèi)導體(6)、第二內(nèi)導體(7)以及第三內(nèi)導體⑶；單波導轉(zhuǎn)子⑴與雙波導轉(zhuǎn)子(3)通過第一連接臂(9)固定成轉(zhuǎn)子，雙波導定子(2)與單波導定子(4)通過第二連接臂(10)固定成定子，轉(zhuǎn)子和定子通過第一軸承(501)和第二軸承(502)連接，實現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動； 第一內(nèi)導體(6)為圓柱體，單波導轉(zhuǎn)子(I)上部開有與第一內(nèi)導體(6)相匹配的第一圓柱形空腔，第一內(nèi)導體(6)安裝在第一圓柱形空腔中，與所述第一圓柱形空腔形成同軸線；單波導轉(zhuǎn)子(I)環(huán)繞第一圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽與雙波導定子(2)形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第一扼流槽(11);單波導轉(zhuǎn)子(I)內(nèi)部開有第一矩形波導腔(14)，單波導轉(zhuǎn)子(I)的第一圓柱形空腔和第一內(nèi)導體(6)構成的同軸線與第一矩形波導腔(14)形成匹配傳輸結構； 雙波導轉(zhuǎn)子(3)上部開有第二圓柱形空腔，用于安裝第二內(nèi)導體(7)和第三內(nèi)導體(8)，第二圓柱形空腔與第一圓柱形空腔共軸；雙波導轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)部開有第二矩形波導腔(15)和第三矩形波導腔(16)，雙波導轉(zhuǎn)子(3)的第二圓柱形空腔分別與第二內(nèi)導體(7)和第三內(nèi)導體(8)構成互不相通的對稱同軸線，雙波導轉(zhuǎn)子(3)的第二圓柱形空腔與第二內(nèi)導體(7)構成的同軸線與第二矩形波導腔(15)形成匹配傳輸結構，雙波導轉(zhuǎn)子(3)的第二圓柱形空腔和第三內(nèi)導體(8)構成的同軸線與第三矩形波導腔(16)形成匹配傳輸結構； 雙波導定子(2)上對稱開有兩個互不連通的圓柱形空腔，所述兩個圓柱形空腔均與第一圓柱形空腔共軸；雙波導定子(2)在靠近雙波導轉(zhuǎn)子(3) —側(cè)的圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子(3)形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第二扼流槽(12);雙波導定子(2)內(nèi)部開有第四矩形波導腔(17)和第五矩形波導腔(18)，第一內(nèi)導體(6)通過同軸線輻射，與第四矩形波導腔(17)形成匹配傳輸結構、第二內(nèi)導體(7)通過同軸線輻射，與第五矩形波導腔(18)形成匹配傳輸結構； 單波導定子(4)上開有與第二圓柱形空腔共軸的第四圓柱形空腔；單波導定子(4)在環(huán)繞第四圓柱形空腔的側(cè)壁上開有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與雙波導轉(zhuǎn)子(3)形成旋轉(zhuǎn)關節(jié)第三扼流槽(13);單波導定子(4)內(nèi)部開有第六矩形波導腔(19)，第三內(nèi)導體(8)通過同軸線輻射，與第六矩形波導腔(19)形成匹配傳輸結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動范圍為-135。?+135。。
3.根據(jù)權利要求1所述的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:所述單波導轉(zhuǎn)子(I)、雙波導轉(zhuǎn)子(3)、雙波導定子(2)、單波導定子(4)、第一內(nèi)導體(6)、第二內(nèi)導體(7)以及第三內(nèi)導體(8)均采用金屬加工； 第一圓柱形空腔、第二圓柱形空腔、雙波導定子(2)上的圓柱形空腔、第四圓柱形空腔、第一矩形波導腔(14)、第二矩形波導腔(15)、第三矩形波導腔(16)、第四矩形波導腔(17)、第五矩形波導腔(18)以及第六矩形波導腔(19)內(nèi)表面均進行鍍金屬處理。
4.根據(jù)權利要求1所述的三通道微波旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:所述第一矩形波導腔(14)、第二矩形波導腔(15)、第三矩形波導腔(16)、第四矩形波導腔(17)、第五矩形波導腔(18)和第六矩形波導腔(19)中均設計有階梯，以實現(xiàn)匹配傳輸。
【文檔編號】H01P3/12GK104466306SQ201410637933
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權日:2014年11月6日
【發(fā)明者】杜明亮, 胡磊, 陳蓉, 李連輝, 郭健, 李剛, 劉越東 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司