微波旋转关节传输性能测试

摘要：在对同轴接触式微波旋转关节简要介绍的基础上，结合其实际应用过程中性能参数的测试经验，提出了精确测试和粗略测试两种测试方法，并对这两种测试方法的测试情况进行了对比分析和总结，为此类产品的测试提供了相关借鉴经验和方法。

关键词：微波旋转关节；同轴接触式；测试方法

1、引言

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；在机载光电吊舱系统中，高清相机、红外相机等在360°旋转过程中将采集到的高速图像视频信号也通常通过微波旋转关节将其传送到接收机中进行观测和存储。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。同时也可将两种接触形式的旋转关节集成在一起形成集成式旋转关节以满足不同应用场合的需求。本文在此基础上，主要分析介绍同轴接触式单路、双路、三路微波旋转关节在实际工程应用中快速有效测试分析其性能的方法及经验。

2、同轴接触式微波旋转关节

同轴接触式微波旋转关节以其传输频带宽、体型小、通用性强等优点而得到越来越广泛的应用，其一般应用在安装空间小、需求环路少（一般1-3路）、传输频率相对低（一般在20GHz以下）的场合。此类旋转关节一般两端均为标准的射频同轴接头，如SMA、N型、BNC、2.92mm、3.5mm等，十分方便与带有同类型射频接头的同轴线缆直接连接在一起使用。目前，国外已有多家公司生产出多种此类适用于不同场合的通用型旋转关节，例如德国的斯必能公司（如Spinner BN 835047、Spinner BN 153127等）、美国钻石公司（如Diamond Antenna 18-2124-0，2244A-0等）、美国科巴姆公司Cobham、Kevlin等公司以及瑞典Siverslab公司（PM7892等）等，这些公司的产品技术和工艺都已比较成熟，其寿命一般能达到500万转及以上。如图1为斯必能公司的Spinner BN 835047型单路微波旋转关节，图2为钻石公司的2244A-0型双路微波旋转关节，图3为斯必能公司的某型三路微波旋转关节。国内也有多家研究院所和企业研究生产出此类产品，如航天科工二院二十三所、中电14所等，以同轴式单路微波旋转关节为例，同国外相比国内主要表现出两方面的不足：一是寿命较短，二是体型较大。

图1、Spinner BN 835047

图2、Diamond Antenna 2244A-0

图3、Spinner 3-Channel Rotary Joint

3、主要技术指标分析

以单路同轴式微波旋转关节Spinner BN 835047主要参数指标为例（如表1所示），对影响同轴式微波旋转关节传输性能的关键指标进行分析。

表1、Spinner BN 835047主要参数指标

频率范围 DC-18GHz 旋转速度（Max） 200rpm 
接口形式 SMA-F－SMA-F（50Ω） ★寿命（Min） 500万转 
★电压驻波比
(VSWR，Max) 1.3@DC to 10GHz
1.4@10 to 18GHz 重  量 0.028kg 
★电压驻波比跳动
(VSWR WOW) 0.05 工作温度 -55 to +85℃ 
★插入损耗
（Insertion Loss，Max） 0.25dB @DC to 10GHz
0.3dB @10 to 18GHz 启动力矩（Max） 0.5 Ncm 
★插入损耗跳动
（Insertion Loss WOW） 0.05dB 峰值功率 3kW 
★相位跳动
（Phase Wow） 1° 平均功率 200W@ 1GHz
30W@ 18GHz