雙通道旋轉接頭｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	吳俊潭 Wu, Chun-Tan
論文名稱：	雙通道旋轉接頭 Dual Channel Rotary Joint
指導教授：	張存續 Chang, Tsun-Hsu
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	71
中文關鍵詞：	雙通道旋轉接頭
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本論文主要目的是設計用於雷達系統的雙通道旋轉接頭(Dual Channel Rotary Joint)，當雷達進行搜索或是追蹤目標時，天線需要三百六十度旋轉，利用Rotary joint不失真低損耗的傳遞訊號，且能使雷達進行旋轉動作，其為本論文設計雙通道旋轉接頭的主要目的。
藉由TE01模式與TM01模式互相正交的特性，同時操作這兩種模式於同一圓柱形波導管內，而因為面電流的關係，TE01模式不受旋轉處的間隙影響，但TM01模式卻會受其影響，部分能量會從間隙散失，因此必須設計類似Choke的結構，防止此種情況發生。
本論文是利用HFSS(High Frequency Structure Simulator)模擬軟體，模擬和優化模式轉換器(Mode Converter)的結構，不論是設計於W-band或Ka-band，皆可模擬出穿透效率佳的Rotary joint，而這樣的Mode converter除了上述的應用外，未來還可用於材料處理方面，利用兩種模式TE01與TM01，其場強可以互補且不會互相干擾，達到快速且均勻加熱的商業價值。

第一章  序論……………………………………………………………1
  1.1  簡介……………………………………………………...………1
  1.2  W-band毫米波源………………………………………………..2
  1.3  模式轉換器(Mode converter)……………………………….......3
       1.3.1  TE11模式轉換器……………………..…………………3
       1.3.2  圓極化TE11模式轉換器…………………………...…...4
       1.3.3  TE01模式轉換器…………………………………..……6
       1.3.4  TM01模式轉換器…………………………………….....8
1.4  雙通道旋轉接頭………………………………………..……….9
       1.4.1  TE01 TM01雙通道旋轉接頭…………………………….9
       1.4.2  圓極化TE11 TM01雙通道旋轉接頭…………………...11
       1.4.3  商業市售雙通道旋轉接頭……………………………12
第二章  理論推導……………………………………………….…….14
  2.1  TE01模式與TM01模式……………………………...………….14
2.1.1  TE01與TM01電磁場型………………………………...14
2.1.2  TE01與TM01面電流與損耗………………………...…16
       2.1.3  TE01衰減常數的計算……………………………...….18
       2.1.4  TM01衰減常數的計算………………………………...19
  2.2  同軸電纜TEM模式……………………………………………22
       2.2.1  TEM電磁場型……………………………………..….22
     2.2.2  TEM衰減常數的計算………………………...………23
第三章  模擬計算……………………………………………………..26
  3.1  模擬軟體-HFSS…………………………………………….….26
  3.2  面電流與波導管的間隙…………………………………….…27
  3.3  模擬間隙結構………………………………………………….29
       3.3.1  Choke結構………………………………………...…..30
       3.3.2  共振效應………………………………………....……34
3.4  模擬TE01模式轉換器……………………………...…………..35
       3.4.1  能量分流的結構………………………………………35
       3.4.2  激發TE01模式…………………………………………36
  3.5  模擬TM01模式轉換器…………………………………..……..39
     3.5.1  連接1mm coaxial adapter………………………….….39
3.5.2  降低TM01的操作頻率………………………….……..41
3.5.3  TM01模式轉換器內導體…………………….………..43
3.6  TE01能量分流的結構對TM01模式的影響………………...….43
  3.7  整體結構的模擬結果…………………………………….……45
  3.8  Ka-band 雙通道旋轉接頭…………………………………….47
       3.8.1  模擬TE01模式轉換器…………………………………47
       3.8.2  模擬TM01模式轉換器………………………..……….48
       3.8.3  整體結構的模擬結果…………………………..……..49
第四章  實驗結果與討論……………………………………………..51
  4.1  加工物件……………………………………………………….51
  4.2  W-band Rotary Joint 實驗量測………………………………..56
       4.2.1  TE01實驗量測…………………………………………56
       4.2.2  TM01實驗量測…………………………………..…….60
4.3  Ka-band Rotary Joint 實驗量測……………………………….64
     4.3.1  TE01實驗量測…………………………………………64
     4.3.2  TM01實驗量測…………………………………..…….65
     4.3.3  TE01與TM01隔離度量測……………………….……..67
第五章  結論…………………………………………………………..69
參考文獻………………………………………………………………..70

                                

[1] O. M. Woodward , “A dual channel rotary joint for high average power operation” , IEEE, Vol. MTT-18, 1970

[2] T. H. Chang, L. R. Barnett, and K. R. Chu, “Dual-function circular polarization converter for microwave/ plasma processing systems”, Rev. Sci. Instrum. 70, 1530 (1999)

[3] P. R Clement and W. C. Johnson, “A distributed electrical analog for waveguides of arbitrary cross section”, Proceeding of the IRE, Vol 43, pp. 89-92, Jan. 1955

[4] C. F. Yu and T. H. Chang, “High-performance circular TE01-mode converter”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.53, No. 12, December 2005

[5] William A. Huting, Kevin J. Webb, “Comparison of mode-matching and differential equation techniques in the analysis of waveguide transitions”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 39, No. 2, February 1991

[6] IEEE Standard for Precision Coaxial Connectors, IEEE-std-287

[7] Umran S. Inan and Aziz S. Inan, “Electromagnetic Waves”,Prentice Hall

[8] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, John Wiley & Sons

[9] http://www.shf.de/fileadmin/download/Connectors_and_Cables/kpc_
in_series_100_100_v003.pdf

[10] 余博仁，“高功率毫米波旋轉接頭”，國立清華大學物理研究所，
2008年
[11] Subir Ghosh,Luiz C. Da Silva, U.S Patent No : 5442329, Aug. 15, 1995.

[12] http://www.jittc.com.tw/productB_A_eng.htm

[13] http://www.naval-technology.com/contractors/rotary/spinner/

[14] http://www.airprecision-slipring.com/slip-ring-products.html

[15] John David Jackson,“Classic Electrondyamics”, John Wiley & Sons

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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