專利名稱：免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種新型結(jié)構(gòu)的毫米波圓波導(dǎo)圓極化器，特別適用于毫米波段設(shè)計(jì)和加工高精度、高性能的圓波導(dǎo)圓極化器。
背景技術(shù)：
隨著衛(wèi)星通信、遙控遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，以及高速目標(biāo)在各種極化方式和氣候條件下跟蹤測(cè)量的需要，單一極化方式已很難滿足電子設(shè)備的要求，圓極化天線的應(yīng)用就顯得十分重要。因此，在衛(wèi)星通信，地面微波無(wú)線電通信，雷達(dá)天線以及射電天文望遠(yuǎn)鏡等天線系統(tǒng)中，通常采用圓極化器，實(shí)現(xiàn)線/圓極化轉(zhuǎn)換。由于圓極化器是圓極化天線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)極化變換的關(guān)鍵部件，在過(guò)去的幾十年里，圓極化器一直是微波天線領(lǐng)域熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。目前已成功應(yīng)用的圓極化器的種類主要有鐵氧體型、微帶型和波導(dǎo)型。鐵氧體圓極化器需要激勵(lì)器和控制電路，相對(duì)較為復(fù)雜；微帶圓極化器雖然體積小，但損耗大、工作頻帶窄、功率容量??；波導(dǎo)圓極化器相對(duì)而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小且功率容量較高。圓波導(dǎo)圓極化器有很多形式，目前常用的圓波導(dǎo)圓極化器有螺釘型圓波導(dǎo)圓極化器和介質(zhì)插片式圓極化器。傳統(tǒng)螺釘型圓波導(dǎo)圓極化器是在圓波導(dǎo)壁上開(kāi)一系列螺釘孔，并在螺釘孔處加裝金屬螺釘作為調(diào)相元件。由于結(jié)構(gòu)原因，該圓極化器不能實(shí)現(xiàn)一體化加工，因此加工公差無(wú)法保證，需要通過(guò)人工調(diào)試的手段進(jìn)行逐個(gè)調(diào)試，調(diào)試工作量巨大，不便于安裝與批量生產(chǎn)。在毫米波段，由于調(diào)相螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)微小，對(duì)公差的要求非常苛刻，很難通過(guò)調(diào)試來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)公差要求。因此，在毫米波段，傳統(tǒng)的螺釘型圓波導(dǎo)圓極化器無(wú)法實(shí)現(xiàn)高性能，通常在低頻段使用。介質(zhì)插片式圓波導(dǎo)圓極化器是在圓波導(dǎo)內(nèi)插入一塊加工成一定形狀的介質(zhì)板，介質(zhì)板作為實(shí)現(xiàn)圓極化的調(diào)相元件，通常也是在低頻段采用。在毫米波段，介質(zhì)板型圓波導(dǎo)圓極化器對(duì)介質(zhì)板的材料特性、介質(zhì)板的加工精度以及裝配精度要求非常高，實(shí)際應(yīng)用和操作中很難滿足，同時(shí)介質(zhì)板型圓波導(dǎo)圓極化器的環(huán)境適應(yīng)性差，不能在一些高沖擊、高低溫環(huán)境中使用。因此，在毫米波段傳統(tǒng)的圓波導(dǎo)圓極化器形式不再適合，研制高性能的毫米波圓波導(dǎo)圓極器是目前工程應(yīng)用中面臨的一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)傳統(tǒng)圓波導(dǎo)圓極化器在毫米波段加工公差難于保證、調(diào)試工作量大，不易達(dá)到高性能要求等問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需調(diào)試，易于保證加工精度，力口工一致性好，能夠一體化加工完成，適用于毫米波段的高性能新型圓波導(dǎo)圓極化器。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，包括，一個(gè)將金屬螺釘作為調(diào)相元件的圓柱形波導(dǎo)，其特征在于，在所述圓柱形波導(dǎo)腔體的金屬壁上，設(shè)有同弧固聯(lián)在所述圓柱形波導(dǎo)體上的整體凸臺(tái)安裝板，該凸臺(tái)安裝板上設(shè)有高度按正弦分布，間隔排列在所述凸臺(tái)平面上的螺釘組調(diào)相元件，且每個(gè)制有螺釘組調(diào)相元件的整體凸臺(tái)安裝板，均在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)I中心線，從而構(gòu)成圓波導(dǎo)圓極化器。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。本發(fā)明將制有螺釘組調(diào)相元件的整體凸臺(tái)安裝板，徑向?qū)ΨQ向著圓柱形波導(dǎo)I中心線，構(gòu)成了一種新型結(jié)構(gòu)的圓波導(dǎo)圓極化器。該圓極化器波導(dǎo)內(nèi)不需增加任何金屬片或者介質(zhì)插片，利用徑向?qū)ΨQ整體凸臺(tái)安裝板上按正弦分布，間隔排列的螺釘組調(diào)相元件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微波線極化到圓極化的轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小且該圓極化器駐波比較小，功率容量較大。整個(gè)螺釘組結(jié)構(gòu)可以通過(guò)易于保證加工精度，加工一致性好的整體凸臺(tái)安裝板一體化加工完成，加工完成的整體凸臺(tái)安裝板螺釘組調(diào)相元件無(wú)需調(diào)試，進(jìn)而可以避免毫米波段圓波導(dǎo)圓極化器對(duì)加工公差要求非?？量?，人工調(diào)試難度大的問(wèn)題，而且非常利于批量生產(chǎn)和適合工程應(yīng)用，解決了研制毫米波段高性能圓波導(dǎo)圓極化器的難題。


圖I是本發(fā)明免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器的透視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的A-A向剖視圖。圖3是圖I 一個(gè)整體凸臺(tái)安裝板調(diào)相元件的B向俯視圖。圖中1圓柱形波導(dǎo)，2螺釘組，3整體凸臺(tái)安裝板，4金屬板凸臺(tái)，5金屬螺釘。
具體實(shí)施例方式參閱圖I和圖2。圖I描述了一個(gè)將金屬螺釘作為調(diào)相元件的圓柱形波導(dǎo)1，圓波導(dǎo)內(nèi)放置兩排雙向?qū)ΨQ在所述圓柱形波導(dǎo)I腔體金屬壁上的金屬整體凸臺(tái)安裝板3，構(gòu)成了本發(fā)明金屬螺釘圓波導(dǎo)圓極化器的一個(gè)最佳實(shí)施例。在圓柱形波導(dǎo)I金屬壁上制有在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)I中心線的凹槽，凹槽為裝配圖3所示在圓柱形波導(dǎo)(I)金屬壁上制有在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)(I)中心線的凹槽，凹槽是為裝配所述金屬整體凸臺(tái)安裝板(3)整體構(gòu)件，形狀、大小一致的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的縱向槽。整體凸臺(tái)安裝板3外側(cè)面是與上述圓柱形波導(dǎo)體同弧的。整體凸臺(tái)安裝板3和其上設(shè)置的調(diào)相元件是通過(guò)一次加工完成的整體件，伸入進(jìn)圓柱形進(jìn)波導(dǎo)I內(nèi)腔，因此具有非常高的加工精度。整體凸臺(tái)安裝板3和其上設(shè)置的調(diào)相元件是通過(guò)圓柱圓波導(dǎo)I凹槽交界面同弧焊接在一起的。通過(guò)減小金屬板凸臺(tái)4的尺寸和將兩端設(shè)計(jì)成漸變結(jié)構(gòu)可以減小凸臺(tái)不連續(xù)性引起的反射，實(shí)際上由于金屬板凸臺(tái)4平臺(tái)上表面突出波導(dǎo)內(nèi)腔的高度很小，其引起的反射可以忽略不計(jì)。圖3所示整體凸臺(tái)安裝板3的凸臺(tái)平面上間隔排列的螺釘組2是調(diào)相元件。整體凸臺(tái)安裝板3上的調(diào)相元件均在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)I中心線安裝，該整體凸臺(tái)安裝板3上設(shè)有高度按正弦分布，間隔排列在所述凸臺(tái)平面上的螺釘組2構(gòu)成調(diào)相元件。金屬螺釘5是對(duì)調(diào)相量貢獻(xiàn)最大的部分。金屬螺釘5的形狀可以是方柱、圓柱等結(jié)構(gòu)形式，依照普遍采用的設(shè)計(jì)原則螺釘組2的高度分布可以通過(guò)調(diào)整金屬板凸臺(tái)4平臺(tái)和金屬螺釘5的高度尺寸，可以實(shí)現(xiàn)正弦分布。換言之，通過(guò)優(yōu)化金屬螺釘5的高度可以實(shí)現(xiàn)匹配和形成圓極化。
當(dāng)入射或接收的線極化波與螺釘組2金屬螺釘5所在平面成45°夾角時(shí)，線極化波分解為與金屬螺釘5所在平面平行和垂直的兩個(gè)正交分量。對(duì)于平行分量的電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，螺釘呈容性，使其相位滯后；而對(duì)垂直分量的電場(chǎng)來(lái)說(shuō)螺釘呈感性，使其相位超前?？刂平饘俾葆?插入深度和螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)，可以使兩個(gè)正交分量的相位差90°，從而實(shí)現(xiàn)線/圓極化轉(zhuǎn)換。為了使螺釘移相器與波導(dǎo)匹配，金屬螺釘5的插入深度是漸變的，可以是中間最深，兩邊最淺，也可以是中間最高，兩邊最淺，采用正弦分布實(shí)現(xiàn)匹配和良好的圓極化性能。以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但需要指出的是，上述實(shí)施例所描述的是僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化，比如將本發(fā)明的圓柱形波導(dǎo)I金屬壁上在徑向上對(duì)稱向著圓柱形波導(dǎo)I中心線的金屬螺釘移相器可以是兩個(gè)以上等分分布的結(jié)構(gòu)形式，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利 要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，包括，一個(gè)將金屬螺釘作為調(diào)相元件的圓柱形波導(dǎo)，其特征在于，在所述圓柱形波導(dǎo)腔體的金屬壁上，設(shè)有同弧固聯(lián)在所述圓柱形波導(dǎo)體上的整體凸臺(tái)安裝板，該凸臺(tái)安裝板上設(shè)有高度按正弦分布，間隔排列在所述凸臺(tái)平面上的螺釘組調(diào)相元件，且每個(gè)制有螺釘組調(diào)相元件的整體凸臺(tái)安裝板，均在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)(I)中心線，從而構(gòu)成圓波導(dǎo)圓極化器。
2.如權(quán)利要求I所述的免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，其特征在于，在圓柱形波導(dǎo)(I)金屬壁上制有在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)(I)中心線的凹槽，凹槽是為裝配所述金屬整體凸臺(tái)安裝板(3 )整體構(gòu)件，形狀、大小一致的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的縱向槽。
3.如權(quán)利要求I所述的免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，其特征在于，整體凸臺(tái)安裝板(3)和其上設(shè)置的調(diào)相元件是通過(guò)圓柱圓波導(dǎo)(I)凹槽交界面同弧焊接在一起的。
4.如權(quán)利要求I所述的免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，其特征在于，螺釘組(2)的高度分布通過(guò)調(diào)整金屬板凸臺(tái)(4)平臺(tái)和金屬螺釘(5)的高度尺寸實(shí)現(xiàn)正弦分布。
5.如權(quán)利要求I所述的免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，其特征在于，為了使螺釘移相器與波導(dǎo)匹配，金屬螺釘(5)的插入深度是漸變的，中間最深，兩邊最淺，或中間最高，兩邊最淺，采用正弦分布實(shí)現(xiàn)匹配并形成圓極化。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種免調(diào)試圓波導(dǎo)螺釘圓極化器，在圓柱形波導(dǎo)腔體的金屬壁上，設(shè)有同弧固聯(lián)在所述圓柱形波導(dǎo)體上的整體凸臺(tái)安裝板，該凸臺(tái)安裝板上設(shè)有高度按正弦分布，間隔排列在所述凸臺(tái)平面上的螺釘組調(diào)相元件，且每個(gè)制有螺釘組調(diào)相元件的整體凸臺(tái)安裝板，均在徑向上對(duì)稱地向著圓柱形波導(dǎo)中心線，從而構(gòu)成圓波導(dǎo)圓極化器。本發(fā)明利用徑向?qū)ΨQ整體凸臺(tái)安裝板上按正弦分布，間隔排列的螺釘組調(diào)相元件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微波線極化到圓極化的轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，功率容量較大。整個(gè)螺釘組結(jié)構(gòu)可以通過(guò)易于保證加工精度，加工一致性好的整體凸臺(tái)安裝板一體化加工完成，解決了毫米波高性能圓極化器對(duì)加工公差要求非?？量?，人工調(diào)試難度大的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01P1/17GK102637923SQ201210111328
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者侯利軍, 劉波, 劉熠志 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所