电容式同轴射频旋转关节制造技术

本发明专利技术公开的一种电容式同轴射频旋转关节，旨在解决现有电容式双通道旋转关节寿命短、时延传输性能稳定差和组装难的问题。本发明专利技术通过下述技术方案实现：转子组件内外双通道采用介质结构件隔离内外传输通道，定子组件内通道采用包覆圆柱形耦合导体芯轴的介质套筒和圆柱形耦合导体芯轴中空盲孔底部的介质限位块进行隔离，外通道采用包覆定子组件的筒体滑环介质套筒和外层隔离环的介质套筒对转子组件传输关节进行隔离，转子和定子组件直接复合同轴装配成双通道信号传输的电容式旋转关节，关节旋转过程中，转子内通道中空射频芯轴随外层隔离环可反作用于薄壁结构的耦合导体，自适应修复耦合导体圆度，转子组件和定子组件通过引出导线传输双通道信号。通过引出导线传输双通道信号。通过引出导线传输双通道信号。

【技术实现步骤摘要】
电容式同轴射频旋转关节


[0001]本专利技术涉及微波通讯
，一种主要应用于卫星、雷达、移动天线、动中通等设备的高频动中通移动雷达天线旋转关节的实现技术。

技术介绍

[0002]随着现代科技的不断进步,雷达技术对固定部分与接受信号的传输频率要求越来越高,并且经常要求传输频率在几十兆赫或者上百兆赫的范围中的达到中、高频信号传输。在微波通讯
中,旋转关节是一种十分重要的通讯器件,主要被应用在各种雷达设备上,包括飞行器的空中管制,领空防卫,移动通讯,卫星信号传输等。旋转关节与常规转接头的不同之处在于其能够在垂直于波传播的方向绕轴旋转。这类旋转关节可以在保持传输特性的同时，自由地旋转360度。对于要求具备旋转功能的所有应用场景，对旋转式雷达应用而言，这类关节部件必不可少。如缺少旋转关节，就无法将信号链的旋转部分与固定部分相连。与高精度转接头相比，旋转部分的插入会带来更多的不匹配问题。旋转关节是雷达不可或缺的一部分,是雷达天线中的关键部件,它一般属于天线馈电分系统的一部件，其作用是在旋转状态下能够实现能量传输的一种装置。它可以让雷达旋转部分与固定部分之间形成电能和接收，既使在传输线的结构非接触条件下，旋转是能够实现微波能量传输的一种部件。在雷达的工作过程中,旋转关节用以在动态的天线系统与静态的发射系统及接收系统之间实现微波信号的传递。目前市场上旋转关节种类较多，有微波旋转关节、微波同轴射频旋转关节、电容耦合式同轴关节、电容式旋转关节、绕柱式同轴关节。微波旋转关节是一种用于实现两个相对转动机构间射频信号传送的连接器件，主要用于连续旋转平台在360
°
无限连续旋转过程中保持射频信号连续不断的向固定平台传输。例如，在雷达天线系统中微波旋转关节是其中一个保证天线正常工作的关键部件，在天线360
°
不停旋转的情况下，可将微波信号从发射机传输到天线，或从天线传输给接收机，实现方位和俯仰的搜索。
[0003]微波旋转关节按接触形式可分为接触式和非接触式两种，接触式主要以同轴式旋转关节为主，其具有传输频带宽、体型小、通用性强等诸多优点，缺点是一般寿命较短、环路较少。非接触式旋转关节主要包括有内导体刨开式圆环同轴关节、同轴线非接触式关节。非接触式旋转关节采用内外两层同轴耦合嵌套结构，内外导体机械加工精度不高及其装配同心度差，造成动环激励探针相对定环微波扼流耦合槽位置的变化，从而影响其时延的稳定性。耦合式旋转关节电信号的耦合是建立在交变基础上的，不能通过直流信号是这类旋转关节的一大特征。射频信号通过耦合机构进行传输时，其传输特性是频率的函数，这就决定了这种耦合式的旋转关节一定是一个频率受限的器件，其工作的频率带宽和接触式的相比要窄得多。另外，这种旋转关节中的耦合机构的尺寸通常和需要通过的射频信号频率有关，一般来说，需要通过的信号频率越低，相应耦合机构的物理尺寸就越大，导致最终旋转关节的尺寸也就越大，因此我们在市面上见到的工作频率较低的旋转关节通常都具有较大体积就是这个原因。目前非接触式主要以波导式旋转关节为主，其主要优点是寿命长、结构简单，缺点是一般体积较大、传输频带窄等。同轴旋转关节是将静态射频系统与转动式射频线
路连接时必须使用的串联部件。此类旋转关节通常与转动式天线和雷达联用。具体而言，同轴旋转关节用于空中交通管制，图像传输，医疗/工业及电信控制，以及陆基、舰载和空基雷达。与其他同轴转换器或串联互连器件不同，同轴旋转关节还需要考虑其他的机械方面因素。这些因素包括以每分钟转数(RPM)表示的平均转速极限。这些极限值通常由转动式系统的轴承和机械总成决定。如果长时间以超出平均最大转速极限的转速运行时，有可能导致转动能力的早期失效，并可能降低射频性能。由于同轴旋转关节为连接转动式系统的串联同轴互连器件，因此其对输入功率和峰值功率的要求可能非常严苛。当达到功率限制或超出工作范围时，则可能会降低旋转关节的转动性能，并使得旋转关节更容易损坏。
[0004]微波同轴射频旋转关节也叫高频滑环和射频滑环，是专门针对雷达、卫星天线等设备一种高频滑环，这种高频滑环可用于任何需要传输高清信号、射频信号、微波信号等高速串行数字信号或模拟信号的装置。该系列装置可支持单路或多通路高频信号单独传输，也可支持高频信号与24V控制信号、通讯信号、动力电源、流体介质混合传输。高频信号采用的是50Ω特性阻抗射频同轴结构头。其它指定接插件可转接。射频旋转关节包括同轴旋转关节、波导旋转关节,也叫高频滑环,射频滑环。高频旋转关节一头固定，一头旋转，用于连续旋转传输高频信号。高频滑环可以传输高速串行数字信号和模拟信号，最高传输速率可以达到40GHz。支持单路或多通路高频信号单独传输，也可支持高频信号与24V控制信号、通讯信号、动力电源、流体介质混合传输。高频滑环在雷达中的作用在于将雷达的旋转部分与固定部分进行联接，并传输电和信号等。滑环工作正常与否对雷达影响巨大，如果滑环故障而多次出现仰角正常限位，死角限位等误报警故障，严重时会导致雷达无法正常工作。随着雷达技术进一步发展，对旋转部分传输数据的质量要求越来越高，数据传输的量越来越大，信号传输稳定性除了需要高精度内外导体制造外，最为重要的是有稳定的耦合间隙。而传统滑环的电刷易被磨损等问题已不适应于雷达的使用。旋转关节复杂的结构在于关节限制。有时候，一些特殊的情况可能需要控制关节角。关节限制(joint limit)会强制关节角度保持在一定范围内。来限制旋转关节上的物体自由旋转。在关节限制时，包含关节角的零数值，否则在开始模拟时物体间会有倾斜。
[0005]电容式旋转关节较多是应用最广泛的旋转关节，电容式旋转关节结构为定子组件和转子组件，采用两组件直接装配成整体。依据现阶段制造技术，市售电容式旋转关节一般为双通道旋转关节，由内外双通道组成，每一个通道由内外导体组成，传输性能稳定性、时延稳定性和一致性较差，性能较差原因为内外导体机械装配同心度差引起或因温度循环引起内外导体变形同心度差引起。这种市售电容式旋转关节采用通道分离装配设计，装配同轴误差较大。并且双通道信号传输导体较薄(0.5mm)，非接触电容隔离间隙小至0.2mm，制造和装配过程均难以保证旋转关节圆柱度和同轴度。因此现有电容式双通道旋转关节寿命短、时延传输性能稳定差和组装难。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有技术存在的不足之处，提供一种传输性能稳定性，可以满足恶劣机械环境和气候环境使用要求的高精度电容式旋转关节,以解决现有电容式双通道旋转关节寿命短、时延传输性能稳定差和组装难的问题，电容式旋转关节内外导体装配同心度差的缺陷。
[0007]本专利技术的技术方案如下：一种电容式同轴射频旋转关节，包括：安装在旋转中心进行旋转运动的转子组件1，固定在转子组件1转接盘上的定子组件2，其特征在于：转子组件1设有剖面为工字型的外通道转子筒4，制有T形剖面阶梯筒的上工字臂筒，下工字臂筒制有连通内通道转子隔离筒11内通道转子介质套筒3，转子组件1内外双通道采用介质结构件隔离内外传输通道，内通道采用包覆圆柱形耦合导体芯轴的介质套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容式同轴射频旋转关节，包括：安装在旋转中心进行旋转运动的转子组件(1)，固定在转子组件(1)转接盘上的定子组件(2)，其特征在于：转子组件(1)设有剖面为工字型的外通道转子筒(4)，制有T形剖面阶梯筒的上工字臂筒，下工字臂筒制有连通内通道转子隔离筒(11)内通道转子介质套筒(3)，转子组件(1)内外双通道采用介质结构件隔离内外传输通道，内通道采用包覆圆柱形耦合导体芯轴的介质套筒(3)和圆柱形耦合导体芯轴中空盲孔底部的介质限位块(6)进行隔离，转子内通道中空射频芯轴(12)通过外层隔离环(8)悬空在内通道转子隔离筒(11)中；定子组件(2)内通道采用包覆圆柱形耦合导体芯轴的介质套筒(3)和圆柱形耦合导体芯轴中空盲孔底部的介质限位块(6)进行隔离，外通道采用包覆定子组件(2)的筒体滑环介质套筒(5)和外层隔离环的介质套筒(7)对转子组件(1)传输关节进行隔离，内外传输通道通过自适应同轴传输介质隔离耦合通道间隙，调整旋转筒间的间隙，高精度控制间隙，转子组件(1)和定子组件(2)两组件直接复合同轴装配成双通道信号传输的电容式旋转关节，内外通道转子组件(1)和定子组件(2)分别引出导线连接固定结构与旋转结构的接线端，构成传输双通道信号的旋转连通系统，关节旋转过程中，转子内通道中空射频芯轴(12)随之外层隔离环(8)可反作用于薄壁结构的耦合导体，自适应修复耦合导体圆度，转子组件(1)和定子组件(2)通过引出导线传输双通道信号。2.如权利要求1所述的电容式同轴射频旋转关节，其特征在于：筒体滑环介质套筒(5)和介质套筒(7)介质材料采用强聚四氟乙烯或增强尼龙材料。3.如权利要求1所述的电容式同轴射频旋转关节，其特征在于：转子组件(1)包括：制有工字形剖面法兰筒体的外通道转子筒(4)，螺接在上工字臂筒体剖面
└┘
形内筒体上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗道江，董杰，林修文，谢义水，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：