The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Design and Fabrication of a 2-Axis Waveguide Rotary Joint for a Millimeter-wave (Ka-Band) Multi-Mode Seeker with Low VSWR and Insertion Loss

낮은 정재파비와 삽입손실을 갖는 밀리미터파(Ka 밴드) 복합모드 탐색기용 2-축 도파관 로터리 조인트 설계 및 제작

  • Received : 2018.12.20
  • Accepted : 2019.02.19
  • Published : 2019.02.28
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Abstract

In this study, a Ka-band waveguide rotary joint that can be applied to a millimeter-wave seeker is designed and fabricated. The proposed rotary joint maintains a low standing-wave ratio and low-loss characteristics, and has two rotary axes designed to enable azimuth and elevation rotation. The rotary joint is designed as a ridge-waveguide-type mode converter and a ${\lambda}/4$ choke structure to match the electromagnetic wave propagation mode between the spherical and circular waveguides. A performance test using a network analyzer and a high-power transmitter to assess vibration and shock were conducted. Results showed that the rotary joint had a very low standing-wave ratio of less than the maximum of 1.19:1 and an insertion loss of less than 0.80 dB at $F_C{\pm}500MHz$.

본 논문에서는 밀리미터파 탐색기에 적용 가능한 Ka-대역 도파관 로터리조인트를 설계 및 제작하였다. 제안된 로터리 조인트는 낮은 정재파 비와 저손실 특성을 유지하며, 방위각과 고각 회전이 가능하도록 하는 두 개의 회전축으로 설계되어 있다. 또한 구형 도파관과 원형 도파관 사이에 전파 모드를 정합하기 위한 리지 도파관 형태의 모드 변환기와 ${\lambda}/4$ 길이의 초크 구조로 로터리 조인트를 설계하였다. 제작된 로터리 조인트의 성능은 회로망 분석기와 고출력 송신기를 이용하여 확인하였으며, 진동/충격 시험을 통해 신뢰성 검사를 수행하였다. 그 결과, 중심 주파수$(F_C){\pm}500MHz$의 대역에서 최대 정재파비 1.19 : 1 이하, 삽입손실 0.80 dB 이하의 우수한 특성을 갖는 것을 확인하였다.

Keywords

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그림 1. 도파관 로터리 조인트 설계 형상 Fig. 1. Design drawing of the waveguide rotary joint.

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그림 2. 저 전력 및 고 전력 시험 구성 Fig. 2. Test configuration of low and high power.

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그림 3. 시뮬레이션 및 측정 결과 Fig. 3. Simulated and measured results.

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그림 4. 진동 및 충격 시험 구성 Fig. 4. Test configuration of vibration and shock.

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그림 5. 진동 및 충격 시험 측정 결과 Fig. 5. Measured results for vibration and shock test.

표 1. 제안된 로터리 조인트 측정 결과 비교 Table. 1. Comparison of proposed rotary joint with reference paper.

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표 2. 진동 및 충격 시험 조건 Table 2. Test conditions for vibration and shock.

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표 3. 진동 및 충격 시험 측정 결과 요약 Table 3. Summary of measured results.

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References

  1. MBDA-systems, Comparison B1 B1NT Infographics. Available: https://www.mbda-systems.com/wp-content/uploads/2017/01/2017-01-Comparison-B1-B1NT-Infographics.pdf.
  2. H. E. King, "Broad-band coaxial choke coupling design," IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 8, no. 2, pp. 132-135, Mar. 1960. https://doi.org/10.1109/TMTT.1960.1124711
  3. A. Morini, "Design of a dual-band rotary joint operating in X- and Ka-bands," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 59, no. 6, pp. 1461-1467, Jun. 2011. https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2123110
  4. D. G. de Mesquita, A. G. Bailey, "A symmetrically excited microwave rotary joint," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 18, no. 9, pp. 654-656, Sep. 1970. https://doi.org/10.1109/TMTT.1970.1127308
  5. P. B. Mital, "Broadband waveguide feed for parabolic reflectors," Active and Passive Electronic Components, vol. 17, no. 1, pp. 9-19, Jan. 1994. https://doi.org/10.1155/1994/53036
  6. 정채현, 성종현, 백종균, 이국주, 박창현, 권준범, "밀리미터파대역(Ka-대역) 소형 레이다용 고 전력 저 손실 2축 도파관 로터리 조인트 연구," 한국인터넷방송통신학회논문지, 18(1), pp. 91-96, 2018년 2월. https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.1.91