CN111211392B - 一种极化旋转式衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极化旋转式衰减器，涉及微波衰减器技术领域，包括中心波导、设置于所述中心波导内部的旋转吸收片、连接所述中心波导两侧的输入结构和输出结构、设置于所述输入结构和所述输出结构内部的固定吸收片；所述中心波导在驱动机构的带动下相对所述输入结构和所述输出结构转动。本发明通过改变旋转吸收片和固定吸收片之间的相对旋转角度θ，达到控制衰减器衰减值的目的，并通过精确控制相对旋转角度θ，实现高精度衰减控制。
Description
技术领域
本发明涉及微波衰减器技术领域，具体是一种极化旋转式衰减器。
背景技术
微波衰减器是微波通信中发展最早的微波无源器件之一，也是最基本的微波无源器件之一。微波衰减器按照可调程度可分为固定式、分级可变式、连续可调式。应用于高精度测量技术领域中的衰减器有以下要求：1、大范围衰减控制能力，实际使用中衰减范围为1-60dB；2、衰减调节范围内相位稳定，精密测量中微波链路对相位稳定有很高的要求，相位变化会直接影响测量结果；3、衰减控制精度高，实际使用中衰减精度要求达到0.1dB。
现有的连续可调式微波衰减器有刀形衰减器和数字衰减器。数字衰减器调控简单，但是具有较大的寄生效应，会引入其他信号杂波；刀形衰减器虽无寄生效应，但其衰减值无法精确控制。与此同时，刀形衰减器和数字衰减器都不具有相位稳定的功能。总而言之，现有的连续可调式衰减器不能满足高精度测量越来越高的测量要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种寄生效应小，衰减可调节范围大、精度高，且相位稳定的极化旋转式衰减器。
一种极化旋转式衰减器，包括中心波导、设置于所述中心波导内部的旋转吸收片、连接所述中心波导两侧的输入结构和输出结构、设置于所述输入结构和所述输出结构内部的固定吸收片；所述中心波导在驱动机构的带动下相对所述输入结构和所述输出结构转动。
优选的，所述中心波导采用圆形波导，所述输入结构和所述输出结构均采用矩形-圆形波导转换器；所述输入结构和所述输出结构的矩形波导部分采用WR90波导尺寸。
优选的，所述固定吸收片平行矩形波导宽边设置，所述旋转吸收片贯穿所述圆形波导的中心轴线设置，所述固定吸收片中心线与所述旋转吸收片中心线在一条直线上。
优选的，所述吸收片的基底采用二氧化硅制成，厚度0.2mm；吸收涂层采用镍铬合金，厚度110nm。
优选的，所述驱动机构采用平面连杆机构，主要由驱动电机、连接所述驱动电机的减速器、固定于所述圆形波导外壁的环形卡箍、与所述环形卡箍铰接的第一连杆，与所述第一连杆铰接的第二连杆、连接所述减速器输出轴和所述第二连杆末端输入轴的联轴器组成。
本发明的有益效果：1、通过改变旋转吸收片和固定吸收片之间的相对旋转角度θ，达到控制衰减器衰减值的目的，并通过精确控制相对旋转角度θ，实现高精度衰减控制；2、最大衰减值可超60dB；3、衰减值小于40dB时，相位差不超过2°，具有较好的相位稳定性；4、寄生效应小；5、连杆结构平衡衰减器相对旋转角度θ越大，随相对旋转角度θ的变化，衰减器衰减速度越快，不利于衰减的高精度控制的缺陷。
附图说明
图1为极化旋转式衰减器立体结构示意图；
图2为极化旋转式衰减器侧视图；
图3为图2中A-A截面示意图；
图4为图2中B-B截面示意图；
图5为微波信号从输入结构到圆形波导的分解示意图；
图6为微波信号从圆形波导到输出结构的分解示意图；
图7为衰减值随相对旋转角度θ变化示意图；
图8为相位随衰减值的变化示意图；
图9为平面连杆机构结构及其安装示意图；
图10为结构框架结构及其安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例
一种极化旋转式衰减器，如图1-4所示，包括中心波导1、连接所述中心波导1两侧的输入结构2和输出结构3，所述中心波导1内部设置有旋转吸收片4、所述输入结构2和所述输出结构3内部分别设置有固定吸收片5、6。
所述中心波导1在驱动机构的带动下相对所述输入结构2和所述输出结构3转动，从而使得旋转吸收片4相对固定吸收片5、6转动。当旋转吸收片旋转相对固定吸收片旋转角度θ时，从输入结构2进入的微波信号分为平行于旋转吸收片分量E*cosθ和垂直于旋转吸收片分量E*sinθ，如图5所示。平行于旋转吸收片的信号分量将会被吸收。当信号到达输出结构3时，因为只有平行于矩形波导极化方向的信号才能通过，所以最后从输出结构输出的信号为E*cos2θ，如图6所示，换算成功率衰减值为40*lg(cosθ)。只要做到对相对旋转角度θ的精确控制，就可以实现高精度的衰减控制。
理论上，此衰减器的相对旋转角度θ可以在0-90°变化，衰减范围可以在0-∞变化，满足衰减可调节范围大的要求。
图7为本实施例所述的极化旋转式衰减器应用于精密测量仪器中，工作频率9-10GHz，衰减值随相对旋转角度θ变化示意图，印证了相对旋转角度θ与衰减值的对应关系。图8为工作在不同频率下，相位随衰减值的变化，可以看出，相位具有很高的稳定性。
为保证在工作频率9-10GHz范围内驻波小于1.5，所述中心波导采用圆形波导，所述输入结构和所述输出结构均采用矩形-圆形波导转换器。
所述输入结构和所述输出结构的矩形波导部分采用WR90波导尺寸，用于对接在整个X波段内性能良好的WR90波导。
出于结构设计考虑，所述固定吸收片平行矩形波导宽边设置，所述旋转吸收片贯穿所述圆形波导的中心轴线设置，所述固定吸收片中心线与所述旋转吸收片中心线在一条直线上。
为保证衰减器在工作频段范围内衰减幅度大，相位变化小，所述吸收片的基底采用二氧化硅制成，厚度0.2mm，吸收涂层采用镍铬合金，厚度110nm。
只要做到对相对旋转角度θ的精确控制，就可以实现高精度的衰减控制。因此，实现高精度衰减控制就转化成实现相对旋转角度θ的精确控制的问题。在本实施例中，所述驱动机构采用平面连杆机构，如图9所示，主要由驱动电机7、连接所述驱动电机的减速器8、固定于所述圆形波导外壁的环形卡箍9、与所述环形卡箍铰接的第一连杆10，与所述第一连杆铰接的第二连杆11、连接所述减速器输出轴和所述第二连杆末端输入轴的联轴器12组成。
此连杆结构具有特殊的运动特性，与本实施例衰减器衰减值随相对旋转角度θ的变化特性正好相反。本实施例衰减器相对旋转角度θ越大，随相对旋转角度θ的变化，衰减器衰减速度越快，不利于衰减的高精度控制。针对此连杆结构，第一连杆与环形卡箍连接处初始状态位于圆形波导最高处，此时旋转吸收片与固定吸收片平行，当圆形波导在驱动电机的带动下向一侧转动时，旋转吸收片与固定吸收片的角度(即相对旋转角度θ)逐渐增大，经过简单的机械结构分析可以知道，相对旋转角度θ越大，驱动电机的转动能够带动圆形波导的转动角度越小，即相对旋转角度θ变化越小，从而减小衰减值的剧烈变化，利于衰减值的精确控制。
由于圆形波导是转动的，而输入结构和输出结构是固定的，因此，圆形波导需要通过转动轴承13与输入结构和输出结构连接。
通过结构框架14、15对衰减器的整体结构进行固定，保证其结构的稳定性，如图10所示。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种极化旋转式衰减器，其特征在于，包括中心波导、设置于所述中心波导内部的旋转吸收片、连接所述中心波导两侧的输入结构和输出结构、设置于所述输入结构和所述输出结构内部的固定吸收片；所述中心波导采用圆形波导，在驱动机构的带动下相对所述输入结构和所述输出结构转动；
所述驱动机构采用平面连杆机构，所述平面连杆机构主要由驱动电机、连接所述驱动电机的减速器、固定于所述圆形波导外壁的环形卡箍、与所述环形卡箍铰接的第一连杆，与所述第一连杆铰接的第二连杆、连接所述减速器输出轴和所述第二连杆末端输入轴的联轴器组成；
所述第一连杆与所述环形卡箍连接处初始状态位于圆形波导最高处，此时所述旋转吸收片与所述固定吸收片平行，当圆形波导在驱动电机的带动下向一侧转动时，旋转吸收片与固定吸收片的角度逐渐增大；
相对旋转角度θ为旋转吸收片与固定吸收片的角度，且在0-90°变化，相对旋转角度θ越大，驱动电机的转动能够带动圆形波导的转动角度越小，即相对旋转角度θ变化越小。
2.根据权利要求1所述的极化旋转式衰减器，其特征在于，所述输入结构和所述输出结构均采用矩形-圆形波导转换器。
3.根据权利要求2所述的极化旋转式衰减器，其特征在于，所述输入结构和所述输出结构的矩形波导部分采用WR90波导尺寸。
4.根据权利要求3所述的极化旋转式衰减器，其特征在于，所述固定吸收片平行矩形波导宽边设置，所述旋转吸收片贯穿所述圆形波导的中心轴线设置，所述固定吸收片中心线与所述旋转吸收片中心线在一条直线上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的极化旋转式衰减器，其特征在于，所述吸收片的基底采用二氧化硅制成，厚度0.2mm；吸收涂层采用镍铬合金，厚度110nm。
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