CN103078177A - 一种同步数字体系的微波天线的双极化馈源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步数字体系的微波天线的双极化馈源，该双极化馈源包括：波纹喇叭，在波纹喇叭的一端依次连接有第一圆波导段、圆-圆过渡单元、第二圆波导段和短路板；在第二圆波导段中心轴线上的设置有短路细金属棒单元，在第二圆波导段中心轴线上且与短路细金属棒单元呈45度夹角的位置处设置有极化旋转细金属棒；在第二圆波导段下方并列设置有第一极化端口和第二极化端口。本发明提供的双极化馈源通过极化旋转细金属棒将两个相互垂直的极化端口的馈电波导平行置于同一平面。这种结构实现了较小的口面遮挡，减小了对天线方向图对称性的影响，实现了低电压电压驻波比，超高性能的前后比和超高的交叉极化鉴别率。

Description

一种同步数字体系的微波天线的双极化馈源

技术领域

本发明涉及一种SDH微波通信天线，尤其涉及一种SDH超高性能微波天线的双极化馈源。 

背景技术

在以往的电信网中，多使用PDH系列设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要，以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。 

随着通信网向数字化、综合化、智能化、个性化的发展，作为通信网的承载体传输网就有了宽带化和规范化的要求，进而对通信设备的要求也越来越高。在微波通信中，对于终端设备的微波天线的电压驻波比和交叉极化鉴别率等电气性能的要求也自然越来越高，一般要求电压驻波比优于1.1，而交叉极化鉴别率要优于-38dB；同时要求天线有很宽的带宽，而传统微波天线难以满足上述要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种SDH微波通信专用的SDH超高性能微波天线的双极化馈源，旨在解决现有的馈源不能满足SDH微波通信的问题。 

为了实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案： 

一种同步数字体系的微波天线的双极化馈源，该双极化馈源包括：波纹喇叭，在波纹喇叭的一端依次连接有第一圆波导段、圆-圆过渡单元、第二圆波导段和短路板；在第二圆波导段中心轴线上的设置有短路细金属棒单元，在第二圆波导段中心轴线上且与短路细金属棒单元呈45度夹角的位置处设置有极化旋转细金属棒；在第二圆波导段下方并列设置有第一极化端口和第二极化端口。 

本发明还具有以下其他技术特点： 

所述的波纹喇叭为夹角为180度的波纹喇叭，波纹喇叭内部至少有一个波纹，波纹槽深为工作波长的四分之一，波纹槽宽为工作波长的1/4或1/2。 

所述的第一圆波导段为双模或多模传输圆波导。 

所述的圆-圆过渡单元为线性渐变过渡，圆-圆过渡单元的最大截面内直径与第一圆波导段内直径相同，最小截面内直径与第二圆波导段内直径相同。 

所述的第二圆波导段内侧同一方向上有两个耦合矩形通孔，耦合矩形通孔分别与第一极化端口和第二极化端口相连。 

所述的短路细金属棒单元为多个平行排列于第二圆波导段中心轴线上且与第二圆波导段中心轴线垂直的金属细棒。 

所述的短路板的直径与第二圆波导段内径相同的圆柱体，在短路板的外侧一面有凹槽。 

本发明采用上述解决方案所能达到的有益效果是： 

1.将两个极化端口通过耦合孔放置在同一方向的侧面，通过一个 45度的极化旋转金属细棒实现两种极化的分离，可以实现超高的交叉极化别率和很宽的带宽，再加上相应的匹配枝节，即可实现极低的电压驻波比，达到SDH通信的要求。 

2.采用上述结构的双极化馈源，主体结构可以数控一体加工，简化了生产工艺，缩短了生产周期，降低了制造成本，保证了产品的稳定性和一致性，有利于规模化生产。 

附图说明

图1为本发明的剖视示意图。 

图2为本发明的波纹喇叭的三维结构示意图。 

图3为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的垂直极化的回波损耗图。 

图4为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的水平极化的回波损耗图。 

图5为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的水平极化端口与垂直极化端口的隔离度。 

图6为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的中心频点的垂直极化的测试主极化方向图。 

图7为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的中心频点的垂直极化的测试交叉极化方向图。 

图8为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的中心频点的水平极化的测试主方向图。 

图9为本发明的实施例1.8m5.925-6.425GHz天线的中心频点的水平极化的测试交叉极化主方向图。 

图中各符号分别表示以下含义： 

1、波纹喇叭，2、第一圆波导段，3、圆-圆过渡单元，4、第二圆波导段，5、短路细金属棒单元，6、极化旋转细金属棒，7、短路板，8、第一极化端口，9、第二极化端口，10、耦合矩形通孔。 

以下结合附图和具体实施方式，对本发明的具体内容做进行进一步详细说明。 

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案，及优点更加清楚明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供的双极化馈源主要应用于SDH微波通信天线中，其结构示意图如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下： 

本发明是一种SDH超高性能微波天线的双极化馈源，该双极化馈源包括：波纹喇叭1，在波纹喇叭1的一端依次连接有第一圆波导段2、圆-圆过渡单元3、第二圆波导段4和短路板7；在第二圆波导段4中心轴线上的设置有短路细金属棒单元5，在第二圆波导段4中心轴线上且与短路细金属棒单元5呈45度夹角的位置处设置有极化旋转细金属棒6；在第二圆波导段4下方并列设置有第一极化端口8和第二极化端口9；所述的第二圆波导段4内侧同一方向上有两个耦合矩形通孔10，耦合矩形通孔10分别与第一极化端口8和第二极化端口9相连。 

采用本发明实施例提供的双极化馈源能有效的提高天线口面的利用率，减小馈源对于口面的遮挡，达到极低的电压驻波比，超高的交叉极化鉴别率以及很宽的带宽，即电压驻波比优于1.1，交叉极化鉴别率优于38dB，而相对带宽则能达到20%。 

在本发明的实施例中，波纹喇叭1、第一圆波导段2、圆-圆过渡单元3、第二圆波导段4和短路板7这个五个部件的中心轴线在同一条直线上。其中的第一圆波导段2、圆-圆过渡单元3、第二圆波导段4这三个部分为一个整体结构件，一般称为激励器，通过数控机械加工的方式进行生产制造。 

波纹喇叭1为夹角为180度的波纹喇叭，其中至少有一个波纹，波纹槽深约为工作波长的四分之一，波纹槽宽约为工作波长的四分之一或二分之一。波纹喇叭1与第一圆波导段2通过钎焊方式紧密配合连接在一起。 

第一圆波导段2为双模或多模传输圆波导，传输的是从第二圆波导段4过来的主模TE10模，以及从圆-圆过渡单元3激起的有益高次模。第一圆波导段2的长度要大于二分之一个波导波长。 

圆-圆过渡单元3为从结构上讲是线性渐变过渡，最大截面内直径与第一圆波导段内直径相同，最小截面内直径与第二圆波导段内直径相同。从电气上讲，圆-圆过渡单元3实质上是一个圆锥喇叭，通过在圆锥喇叭中激起有益的高次模，对初级方向图进行修正，用以改善整体天线的辐射性能。而波纹喇叭1则进一步起到对初级方向图进行修正的作用，来提高天线口面的照射效率。 

圆-圆过渡单元3之所以采用线性渐变，而非其他形式的过渡方式，一方面考虑到方便加工的因素，另一方面从电气设计方面进行考虑，避免引起不必要的高次模，影响天线的电气性能。 

第二圆波导段4传输主模TE10模，是整个馈源激励器的主传输波导，在第二圆波导段4内侧同一方向上有两个耦合矩形通孔10，矩形通孔10外侧连接第一极化端口8，矩形通孔10外侧连接第二极化端口9。第一极化端口8一般为水平极化，第二极化端口9一般为垂直极化，两个极化端口内传输的是相同极化的极化波。一般为了使两个极化端口获得较低的驻波比，可以分别对两个极化端口与第二圆波导段4之间的耦合矩形通孔10的尺寸进行调整，包括调整耦合矩形通孔10的大小尺寸和高度。 

为了获得更好的电压驻波比，可以将本发明实施例中的矩形耦合通孔10可以为二阶或者三阶台阶式耦合矩形通孔，通过这样的方式可以使端口阻抗匹配的更好。不过这样也会增加加工制作的难度，所以在具体设计时要有所取舍。不过一般如本发明实施例中所图示的一阶耦合矩形通孔10已可满足要求。 

短路细金属棒单元5为若干个平行排列于第二圆波导段中心轴线上且与中心轴线垂直的金属细棒。这若干个金属细棒选用统一的直径，一般金属细棒的直径取值在0.5mm-2mm之间，根据不同的频段选取不同的直径，一般频率越高，金属细棒直径越小，频率越低，金属细棒直径越大。极化旋转细金属棒6与短路细金属棒单元5呈45度夹角，且位于第二极化端口的上方，且极化旋转细金属棒6一般采用 与短路细金属棒单元5相同直径的金属细棒。 

这些若干个金属细棒可以阻断水平极化电磁波的传输，当天线作为接收天线时，电磁信号先辐射到反射面，再由反射面反射到波纹喇叭内的波导里。如果是水平极化的电磁波，当其传输到第一极化端口所对应的耦合矩形通孔10的上方时，会被前方的短路细金属棒单元5阻挡，使得电磁波通过耦合矩形通孔10耦合到第一极化端口8；如果是垂直极化的电磁波，则不会被短路细金属棒单元5给阻断，电磁波会顺利通过短路细金属棒单元5继续向前传输，当遇到极化旋转细金属棒6时，原本垂直极化的电磁波被旋转90度变成水平极化的电磁波，电磁波继续向前传输则会被短路板7阻断，然后电磁波则会通过耦合矩形通孔10耦合到第二极化端口9。. 

通过调整短路细金属棒单元5里金属细棒的个数，相互位置，以及粗细可以很好的匹配第一极化端口8的电压驻波比，通过调整短路板在激励器里的位置，则可以匹配第二极化端口9的电压驻波比，通过调整极化旋转细金属棒6的位置，可以匹配第一极化端口8与第二极化端口9之间的隔离度，进而提高整个天线交叉极化鉴别率的性能。 

本发明所提供的双极化馈源在选材加工时均选用同一材质的金属材料，一般以铜材为佳。对一些涉及电气性能的关键尺寸的公差的要求也极其严格，同时双极化馈源内部的表面粗糙度要求也比较高，当这些机械加工的条件能够保障时，才能使得本发明所提供的双极化馈源达到要求的电气性能指标，才能符合SDH通信的要求。 

本发明可以在不离开其精神实质和主要特征的情况下以其他各种形式实施。因此上述施例所有的要点只不过是例示，而不是限定性的解释。本发明的范围是权利要求书所述的范围，不受说明书的限制。还有，属于权利要求书的等效范围的变形或变更均属本发明的范围内。 

Claims (8)

1.一种同步数字体系的微波天线的双极化馈源，该双极化馈源包括：波纹喇叭（1），其特征在于：在波纹喇叭（1）的一端依次连接有第一圆波导段（2）、圆-圆过渡单元（3）、第二圆波导段（4）和短路板（7）；在第二圆波导段（4）中心轴线上的设置有短路细金属棒单元（5），在第二圆波导段（4）中心轴线上且与短路细金属棒单元（5）呈45度夹角的位置处设置有极化旋转细金属棒（6）；在第二圆波导段（4）下方并列设置有第一极化端口（8）和第二极化端口（9）；所述的第二圆波导段（4）内侧同一方向上有两个耦合矩形通孔（10），耦合矩形通孔（10）分别与第一极化端口（8）和第二极化端口（9）相连。

2.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于：所述的波纹喇叭（1）为夹角为180度的波纹喇叭，波纹喇叭内部至少有一个波纹，波纹槽深为工作波长的四分之一，波纹槽宽为工作波长的1/4或1/2。

3.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于：所述的第一圆波导段（2）为双模或多模传输圆波导。

4.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于：所述的圆-圆过渡单元（3）为线性渐变过渡，圆-圆过渡单元（3）的最大截面内直径与第一圆波导段（2）内直径相同，最小截面内直径与第二圆波导段（4）内直径相同。

5.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于：所述的第二圆波导段（4）内侧同一方向上有两个耦合矩形通孔（10），耦合矩形通孔（10）分别与第一极化端口（8）和第二极化端口（9）相连。

6.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于，所述的短路细金属棒单元（5）为多个平行排列于第二圆波导段（4）中心轴线上且与第二圆波导段（4）中心轴线垂直的金属细棒；极化旋转细金属棒（6）为与短路细金属棒单元（5）相同直径的金属细棒。

7.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于，所述的矩形耦合通孔（10）为二阶或者三阶台阶式耦合矩形通孔。

8.如权利要求1所述的同步数字体系的微波天线的双极化馈源，其特征在于，所述的短路板（7）的直径与第二圆波导段（4）内径相同的圆柱体，在短路板（7）的外侧一面有凹槽。

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