[发明专利]一种无法兰波导连接结构及设计方法

说明书

本发明公开了一种无法兰波导连接结构，包括阳连接部和阴连接部，阳连接部包括第一波导和周期性金属凸体阵列，其中周期性金属凸体阵列设置于第一波导的末端外壁四周表面，若干金属凸体以周期性布局规则分别均匀排列；阴连接部包括第二波导和扩大腔体结构，其中扩大腔体结构设置于第二波导的末端，阳连接部的带有周期性金属凸体阵列的一端插入阴连接部的扩大腔体结构中，形成无法兰波导连接结构整体。本发明所提无法兰波导连接结构相比传统波导法兰，体积大幅缩小，更加有利于结构布局，且插拔式设计可以实现更加方便灵活的装配。

技术领域

本发明涉及一种无法兰波导连接结构及设计方法，能够用于各种微波部件及系统连接结构中，属于微波技术领域。

背景技术

波导是传输微波信号的重要传输线，其中最常用的为矩形波导，包括矩形金属管和法兰，法兰位于金属管的两端，用于波导管之间的连接固定，金属管与法兰面垂直、居中，不同频段的波导管矩形截面和法兰面大小不同。波导传输线由于具有低插损、高功率容量等优势，在卫星有效载荷系统中广泛应用。由于卫星载荷平台空间及运载工具运载能力的限制，体积和重量成为载荷设计的重要考虑因素。卫星载荷的微波系统中需要采用大量的连接结构，传统的波导法兰连接带来了体积和重量的额外大幅增加，不利于载荷的小型紧凑轻量化设计。针对此问题，当前在卫星工程应用中已经逐渐开始采用无法兰波导连接，以期减小法兰所带来的体积和重量增加。

目前工程应用中已采用的无法兰波导连接大多采用焊接方式实现，主要包括套箍式焊接和直接对接焊接式两种，均是采用焊接工艺实现波导的无法兰连接，其性能的好坏取决于焊接工艺的合格与否。如果焊接工艺的一致性难以保证，则焊接后的无法兰波导连接其电磁传输性能难以预估和保证。另一方面，焊接为不可逆过程，一旦焊接完成，波导结构和位置则无法改变，不利于系统中各部件及组件的灵活拆卸组装，不利于系统的整体设计和灵活布局，且直接对接焊接结构的机械稳定性不高。如果采用波导直接插拔式设计，则由于机加工误差及粗糙度的存在，实际中不可能形成理想电接触，插拔接触表面间会存在空气间隙，造成电磁泄露，影响电磁传输性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，本发明提供了一种无法兰波导连接结构及设计方法，通过插拔式结构实现波导间的快速插拔连接，在插拔连接部位通过特定设计的周期性金属凸体阵列结构及相应的扩大腔体结构，实现宽带范围内的电磁场屏蔽功能，阻止插拔连接部位的电磁泄漏，代替传统的波导法兰连接，有效降低传统法兰连接的体积和重量。

本发明的技术解决方案是：

一种无法兰波导连接结构，实现矩形波导之间的无法兰连接，包括阳连接部和阴连接部，阳连接部包括第一波导和周期性金属凸体阵列，其中周期性金属凸体阵列设置于第一波导的末端外壁四周表面，若干金属凸体以周期性布局规则分别均匀排列；

阴连接部包括第二波导和扩大腔体结构，其中扩大腔体结构设置于第二波导的末端，阳连接部的带有周期性金属凸体阵列的一端插入阴连接部的扩大腔体结构中，形成无法兰波导连接结构整体；在金属凸体与扩大腔体结构内表面间满足一定空气间隙范围内，周期性金属凸体阵列与扩大腔体结构内表面共同组成电磁带隙结构，电磁带隙结构的电磁禁带完全覆盖所需的波导工作带宽。

周期性周期性金属凸体阵列中的金属凸体形状为立方体、圆柱体或正方体。

第一波导的末端外壁的同一平面内，金属凸体高度及结构形式保持一致。

扩大腔体结构的内腔宽高尺寸值大于周期性金属凸体阵列的外轮廓宽高尺寸值2-100微米，使阳连接部插入阴连接部时形成紧连接。

扩大腔体结构的内腔深度不小于周期性金属凸体阵列沿波导方向的纵向长度。

还包括机械连接结构，用于固定连接阳连接部和阴连接部。

周期性金属凸体阵列的设置方法为：