一种Ku/Ka频段切换装置
阅读说明：本技术 一种Ku/Ka频段切换装置 (Ku/Ka frequency band switching device ) 是由 高建海 王颜 武伟良 闻月娇 张硕 崔玉龙 王龙 李聪聪 白海龙 马万垒 李晓普 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种Ku/Ka频段切换装置,属于卫星通信技术领域。其包括Ku/Ka波导转子、爪极组合、磁钢、隔板组合以及壳体；Ku/Ka波导转子体内并列设置有贯穿转子体的Ku频段信号通道和Ka频段信号通道,通过深沟球轴承固定在壳体的中心转轴上；爪极组合与Ku/Ka波导转子进行共轴一体化设计；壳体包括上法兰、筒壁和下法兰；隔板组合安装有两个行程开关,并设计有机械定位的圆弧槽,隔板位于壳体内部的中下位置,将壳体内空间分成上下两个腔体,上面腔体主要安装有Ku/Ka波导转子、爪极组合、以及磁钢,下面腔体主要安装的是行程开关。本发明集成度高、结构紧凑,控制简单,适合应用于小口径卫星通信天线的Ku/Ka双频共用网络中。(The invention discloses a Ku/Ka frequency band switching device, and belongs to the technical field of satellite communication. The magnetic coupling structure comprises a Ku/Ka waveguide rotor, a claw pole combination, magnetic steel, a partition plate combination and a shell; a Ku frequency band signal channel and a Ka frequency band signal channel which penetrate through the rotor body are arranged in parallel in the Ku/Ka waveguide rotor body and are fixed on a central rotating shaft of the shell through a deep groove ball bearing; the claw pole combination and the Ku/Ka waveguide rotor are coaxially and integrally designed; the shell comprises an upper flange, a cylinder wall and a lower flange; the partition board is arranged at the middle-lower position in the shell and divides the space in the shell into an upper cavity and a lower cavity, the upper cavity is mainly provided with a Ku/Ka waveguide rotor, a claw pole combination and magnetic steel, and the lower cavity is mainly provided with the travel switch. The invention has high integration level, compact structure and simple control, and is suitable for being applied to a Ku/Ka dual-frequency shared network of a small-caliber satellite communication antenna.)
技术领域
本发明涉及到卫星通信技术领域，特别涉及一种Ku/Ka频段切换装置。
背景技术
近年来，随着卫星通信事业的发展，C、Ku频段卫星资源已不能满足日益增长的卫星通信需求，通信卫星的工作频率不断扩展，Ka频段卫星应用日渐广泛。
目前，双频共用和多频共用技术是卫星通信天线的一个重要发展方向，其可以扩大通信容量，实现一站多用，大大降低成本。Ku频段的卫星应用很广泛，Ka频段的卫星也逐渐进入实用阶段。随着卫星天线从地面站天线转为车载天线、船载天线、机载天线等，小口径的Ku/Ka双频段卫星通信天线在市场中的需求很强烈。Ku/Ka双频共用馈源网络是Ku/Ka双频段卫星通信天线的重要部件，而共用馈源网络中的频段切换装置则是卫星通信天线实现高精度分时工作于Ku频段或者Ka频段的核心部件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种Ku/Ka频段切换装置，该装置具有结构紧凑，定位准确，控制简单等特点，可使Ku/Ka双频段卫星通信天线高精度分时工作于Ku频段或者Ka频段。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种Ku/Ka频段切换装置，包括外套筒，还包括位于外套筒内并围绕外套筒中轴线转动的Ku/Ka波导转子；所述Ku/Ka波导转子设有贯穿其内部且均与外壳的中轴线平行的Ku频段信号通道和Ka频段信号通道。
进一步的，所述外套筒内设有将其分为上下两个腔的隔板；所述隔板上表面的中心处设有转轴；所述Ku/Ka波导转子贯穿转轴，构成一偏心轴结构，且Ku频段信号通道和Ka频段信号通道位于转轴的一侧。
进一步的，还包括爪极组合和磁钢；所述爪极组合包括具有夹角的两个爪极，每个爪极上均缠绕有铜线圈；所述爪极组合与Ku/Ka波导转子构成一体化结构并均围绕转轴转动；所述磁钢包括胶粘在外套筒内壁的N极磁钢和S极磁钢，所述磁钢与爪极组合位于同一高度。
进一步的，所述爪极组合还包括机械限位柱，所述机械限位柱固定在两个爪极的中间位置；所述隔板上还设有弧形限位槽，机械限位柱的底部延伸至弧形限位槽内，并可在弧形限位槽内自由运动。
进一步的，在隔板的下表面，所述弧形限位槽的两端均设有用于触发极限位电信号的行程开关。
进一步的，还包括控制电路板，所述控制电路板上还设有切换开关；两个爪极分别连接控制电路板的正、负极；所述行程开关还与控制电路板连接。
进一步的，所述Ku频段信号通道底部设有两个波导进口。
进一步的，所述外套筒的顶部安装有上法兰，底部安装有下法兰；所述上法兰设有用于与Ku/Ka双频紧凑型馈源喇叭连接的Ku/Ka双频共用波导口，所述下法兰设有Ku频段波导口和Ka频段波导口。
进一步的，所述弧形限位槽的角度为90°；所述两个爪极的夹角为120°；所述Ku频段信号通道和Ka频段信号通道相对于转轴成90°。
本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明遵从结构简单、定位准确、控制简单的设计思路，通过将Ku/Ka波导转子与爪极组合共轴一体化设计，成功缩小了整个频段切换装置的外形尺寸；巧妙地将电磁场原理用于频段切换装置，通过切换电源的正、负来改变磁钢的N、S极与爪极之间产生引力或斥力，带动波导转子旋转，从而实现Ku频段信号和Ka频段信号的电动切换。
2、本发明通过隔板组合上90°的定位圆弧槽，可以将频段切换装置的定位精度控制在0.05°以内，满足Ku频段信号和Ka频段信号的高精度传输要求；通过圆弧槽两端的行程开关，可准确判定当前频段切换装置工作于Ku频段还是Ka频段。整个Ku/Ka频段切换装置集成度大、结构紧凑，控制简单，适合应用于小口径卫星通信天线的Ku/Ka双频共用网络中。
附图说明
图1为本发明整体外形结构图。
图2为本发明的轴视结构图。
图3为图1的侧向剖视图。
图4为图1中爪极组合的侧视图。
图5为图1中爪极组合的俯视图。
图6为图1中隔板组合的仰视图。
图中：1、上法兰，2、筒壁，3、下法兰，4、深沟球轴承，5、Ku/Ka波导转子，6、爪极组合，7、磁钢，8、隔板组合，9、爪极，10、机械限位柱，11、行程开关，12隔板。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种Ku/Ka频段切换装置，包括Ku/Ka波导转子、爪极组合、磁钢、隔板组合以及壳体；所述壳体包括上法兰、筒壁和下法兰；所述隔板位于壳体内部的中下位置，将壳体内空间分成上下两个腔体；
所述Ku/Ka波导转子体内并列设置有贯穿转子体的Ku频段信号通道和Ka频段信号通道，波导转子的上下表面各有一段转轴，通过深沟球轴承固定在壳体的中心转轴上；所述爪极组合包括两个成120°分布的爪极和机械限位柱，与波导转子进行共轴一体化设计，通过两个螺钉固定在Ku/Ka波导转子与信号通道相对的一侧；所述壳体的上法兰和下法兰均通过螺钉与筒壁进行固定连接，且有定位止口保证连接的精度；所述隔板组合上面安装有两个行程开关，且设计有机械定位的圆弧槽。
进一步的，所述Ku/Ka波导转子为偏心结构，Ku频段信号通道和Ka频段信号通道相对于转轴成90°分布于转轴的一侧。
进一步的，所述爪极组合的两个爪极由柱体和圆弧块组成，材料为合金钢，在柱体上缠有铜线圈。
进一步的，所述爪极组合与所述所述Ku/Ka波导转子都设计有键槽，两者通过平键进行定位，精确保证相对位置关系。
进一步的，所述磁钢为两块圆弧状的磁铁，相对胶粘在筒壁内侧，形成N、S两极。
进一步的，所述两个爪极线圈通电后产生电磁场，与筒壁上的磁钢产生相互作用力，带动Ku/Ka波导转子绕转轴转动，通过改变电源的正负，可以控制转子顺时针或者逆时针转动，达到Ku频段与Ka频段切换的目的。
进一步的，所述隔板组合上加工有机械定位的圆弧槽，行程为90°，通过高精度机床保证定位精度为0.05°，满足频段切换的精度要求；爪极组合上的机械限位柱在Ku/Ka波导转子的带动下在隔板组合的圆弧槽里转动，实现定位和限位的目的；两个行程开关固定在隔板圆弧槽的两端，当机械限位柱到位后同时触发行程开关，发出切换到位信号并可确定当前位置是Ku频段或者Ka频段，同时频段切换装置断电，靠磁钢与爪极的磁引力来保持位置。
进一步的，上法兰设计有Ku/Ka双频共用波导口，与Ku/Ka双频紧凑型馈源喇叭进行相连；下法兰分别设计有Ku频段波导口和Ka频段波导口，通过切换波导转子实现在Ku频段信号和Ka频段信号分时在双频共用馈源网络中传递。
下面为一更具体的实施例：
参照图1至图6，本实施例将Ku/Ka波导转子与爪极组合共轴一体化设计，缩小了整个频段切换装置的外形尺寸，通过切换电源的正、负来改变磁钢的N、S极与爪极之间产生引力或斥力，实现Ku频段信号和Ka频段信号的电动切换，通过隔板组合上90°的定位圆弧槽，实现精准定位，满足Ku频段信号和Ka频段信号的高精度传输要求，整个Ku/Ka频段切换装置集成度大、结构紧凑，控制简单，适合应用于小口径卫星通信天线的Ku/Ka双频共用网络中。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种Ku/Ka频段切换装置，包括Ku/Ka波导转子5、爪极组合6、磁钢7、隔板组合8以及壳体；所述Ku/Ka波导转子体内并列设置有贯穿转子体的Ku频段信号通道和Ka频段信号通道，通过深沟球轴承固定在所述壳体的中心转轴上；所述爪极组合与Ku/Ka波导转子进行共轴一体化设计，通过两个螺钉固定在Ku/Ka波导转子与信号通道相对的一侧；所述壳体包括上法兰、筒壁和下法兰；所述所述隔板组合安装有两个行程开关，并设计有机械定位的圆弧槽，隔板位于壳体内部的中下位置，将壳体内空间分成上下两个腔体，上面腔体主要安装有Ku/Ka波导转子、爪极组合、以及磁钢，下面腔体主要安装的是行程开关。
从外观来看，整个Ku/Ka频段切换装置是一个偏心结构，主体的中心轴是Ku/Ka波导转子以及爪极组合的旋转轴，壳体上法兰1的双频共用波导口连接双频馈源喇叭，下法兰3的Ku频段波导口连接Ku网络，与天线安装时它们的中心连线与卫通天线的电轴重合，转轴与卫通天线电轴之间的距离需根据指标要求通过电气仿真确定。
Ku/Ka波导转子为偏心结构，Ku频段信号通道和Ka频段信号通道相对于转轴成90°分布于转轴的一侧，转子上下表面各有一段转轴，通过深沟球轴承4固定在壳体的中心转轴上；爪极组合包括两个成120°分布的爪极，在两个爪极9的中间安装有一个圆柱型机械限位柱，爪极组合与波导转子进行共轴一体化设计，通过两个螺钉固定在波导转子中心轴上与信号通道相对的一侧，爪极组合与波导转子都设计有键槽，两者通过平键进行定位，可精确保证相对位置关系，爪极组合的两个爪极上缠有铜线圈，通电后会产生电磁场。
隔板组合位于壳体内部的中下位置，通过螺钉固定在壳体下法兰的螺柱上，主要包括隔板和两个行程开关11，隔板12采用异形设计，加工有机械定位喝限位的圆弧槽，行程为90°，通过高精度机床保证定位精度为0.05°，爪极组合上的机械限位柱在Ku/Ka波导转子的带动下在隔板的圆弧槽里转动，当机械限位柱10转到圆弧槽的两个端点位置处实现定位和限位的目的；两个行程开关固定在隔板圆弧槽的两端，当机械限位柱到位后同时触发行程开关，发出切换到位信号并可确定当前位置是Ku频段或者Ka频段，同时频段切换装置断电，靠磁钢与爪极的磁引力来保持位置。
壳体包括上法兰、下法兰和筒壁，上下法兰径向均有四个螺纹孔，通过螺钉与筒壁2进行固定连接，且上下法兰均设计有定位止口，可与筒壁之间进行精准的定位，使上下法兰的中心与波导转子的转轴重合，保证波导转子转动灵活自如；上法兰上设计有Ku/Ka双频共用波导口，与Ku/Ka双频紧凑型馈源喇叭进行相连，下法兰上分别设计有Ku频段波导口和Ka频段波导口，通过切换波导转子实现在Ku频段信号和Ka频段信号分时在双频共用馈源网络中传递；下法兰上还设计有一个圆盘，上面有4个连接孔，可将整个Ku/Ka频段切换装置固定在卫通天线的反射体上；磁钢为两块圆弧状的磁铁，相对胶粘在筒壁内侧，形成N、S两极，当爪极线圈通电后产生电磁场，与筒壁上的磁钢产生相互作用力，带动Ku/Ka波导转子绕转轴转动，通过改变电源的正负，可以控制转子顺时针或者逆时针转动，实现Ku频段与Ka频段的相互切换。
本发明将Ku/Ka波导转子与爪极组合共轴一体化设计，成功缩小了整个频段切换装置的外形尺寸；巧妙地将电磁场原理用于频段切换装置，通过切换电源的正、负来改变磁钢的N、S极与爪极之间产生引力或斥力，带动波导转子旋转，从而实现Ku频段信号和Ka频段信号的电动切换；通过隔板组合上90°的定位圆弧槽，可以将频段切换装置的定位精度控制在0.05°以内，满足Ku频段信号和Ka频段信号的高精度传输要求；两个行程开关固定在隔板圆弧槽的两端，当机械限位柱到位后同时触发行程开关，发出切换到位信号并可确定当前位置是Ku频段或者Ka频段，同时频段切换装置断电，靠磁钢与爪极的磁引力来保持位置。整个Ku/Ka频段切换装置集成度大、结构紧凑，控制简单，适合应用于小口径卫星通信天线的Ku/Ka双频共用网络中。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
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