CN103943918B - 一种圆极化器及其输出圆极化波的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆极化器，包含：三个相互垂直的波导；三个波导分别为水平波导、垂直波导、输出波导；水平波导有供水平极化波输入的水平输入端口；垂直波导有供垂直极化波输入的垂直输入端口；输出波导有供水平极化波与垂直极化波合成后输出的圆极化波的输出端口；水平波导内壁设置有多个圆环基片；圆环基片之间的间距可调；多个圆环基片沿水平极化波输入方向周期性排列；周期性排列的圆环基片形成微带电路，通过调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位。本发明还公开了一种输出圆极化波的方法。本发明能够对输入的极化波的相位进行灵活调整，有效提高Ka频段卫星通信系统的性能。

Description

一种圆极化器及其输出圆极化波的方法
技术领域
本发明涉及微波电路领域，具体涉及用于Ka频段卫星通信系统的圆极化器及其输出圆极化波的方法。
背景技术
传统频段不能满足高速、宽带、小口径终端等应用的需求。越来越需要工作于更高频段，具有较大带宽和较高频谱效率的卫星通信系统。近年来，越来越多的国家和机构相继加入到对Ka频段卫星通信系统的开发和使用之中。馈源是天线的重要组成部分，馈源的性能直接影响着整个天线的性能。
70年带后期，国外已经开始从事Ka频段卫星通信系统的研发，经过20年的研究和实验，Ka频段卫星通信系统已进入实用性阶段，对于天线馈源部分的极化器研究也取得了许多成果。我国Ka频段卫星通信系统还处于研发阶段，部分专题已取得了突破，但因受馈源和极化器等关键器件水平的限制，整个Ka频段卫星通信系统离国外先进水平仍有较大差距。传统的Ka频段极化器通过阶梯波导的方式，结构比较复杂，极化相位调整比较困难，导致极化器性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆极化器及其输出圆极化波的方法，能够对输入的极化波的相位进行灵活调整，有效提高Ka频段卫星通信系统的性能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种圆极化器，其特点是，包含：
三个相互垂直的波导；
所述的三个波导分别为水平波导、垂直波导、输出波导；
所述的水平波导有供水平极化波输入的水平输入端口；
所述的垂直波导有供垂直极化波输入的垂直输入端口；
所述的输出波导有供水平极化波与垂直极化波合成后输出的圆极化波的输出端口；
所述的水平波导内壁设置有多个圆环基片；
所述的圆环基片之间的间距可调；
所述的多个圆环基片沿水平极化波输入方向周期性排列；
所述的周期性排列的圆环基片形成微带电路，通过调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位。
所述的圆环基片的圆心在同一条直线上。
所述的圆环基片的外径为0.95mm，内径为0.55mm。
所述的圆环基片之间的间距为065mm。
所述的圆环基片的基材厚度为0.254mm，金属厚度为0.035mm。
所述的圆环基片的基材的介电常数为2.22。
所述的圆环基片的基材为复合左右手材料。
一种输出圆极化波的方法，其特点是，包含以下步骤：
步骤1、将微带电路设置在圆极化器的水平波导的内壁上，实现对输入极化波相位的灵活调整；
步骤2、水平极化波通过水平波导的水平输入端口输入到圆极化器；
步骤3、垂直极化波通过垂直波导的垂直输入端口输入到圆极化器；
步骤4、调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位；
步骤5、空间正交的水平极化波与垂直极化波在圆极化器内合成，通过输出波导的输出端口输出圆极化波。
所述的步骤1中的微带电路包含多个周期性排列的圆环基片。
所述的步骤4中调整微带电路的结构为调整周期性排列的圆环基片的大小及圆环基片之间的间距。
本发明一种圆极化器及其输出圆极化波的方法与现有技术相比具有以下优点：采用复合左右手材料，使得圆极化器的结构更加简单；通过调整周期性排列的圆环基片的大小及圆环基片之间的间距，实现灵活调整输入极化波的相位，提高Ka频段卫星通信系统的性能。
附图说明
图1为本发明一种圆极化器的整体结构示意图。
图2为本发明一种圆极化器的外部轮廓图。
图3为本发明一种输出圆极化波的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1和图2所示，一种圆极化器，包含：三个相互垂直的波导；三个波导分别为水平波导1、垂直波导2、输出波导，垂直波导2与水平波导1和输出波导均处于相互垂直，垂直波导2和输出波导3均为普通波导；水平波导1有供水平极化波输入的水平输入端口；垂直波导2有供垂直极化波输入的垂直输入端口；输出波导3有供水平极化波与垂直极化波合成后输出的圆极化波的输出端口；水平波导1内壁设置有多个圆环基片11；圆环基片11之间的间距可调；多个圆环基片11沿水平极化波输入方向周期性排列；周期性排列的圆环基片11形成微带电路，通过调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位。圆环基片11的圆心在同一条直线上。圆环基片11的外径为0.95mm，内径为0.55mm。圆环基片11之间的间距为065mm。圆环基片11的基材厚度为0.254mm，金属厚度为0.035mm。圆环基片11的基材的介电常数为2.22。圆环基片11的基材为复合左右手材料（软基材）。
如图3所示，一种输出圆极化波的方法，包含以下步骤：
步骤1、将微带电路设置在圆极化器的水平波导1的内壁上，实现对输入极化波相位的灵活调整；
步骤2、水平极化波通过水平波导1的水平输入端口输入到圆极化器；
步骤3、垂直极化波通过垂直波导2的垂直输入端口输入到圆极化器；
步骤4、调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位；
步骤5、空间正交的水平极化波与垂直极化波在圆极化器内合成，通过输出波导3的输出端口输出圆极化波。
步骤1中的微带电路包含多个周期性排列的圆环基片11。
步骤4中调整微带电路的结构，例如圆环基片尺寸不变，间距变小时，相位将超前；圆环基片的间距不变，改变圆环基片的内径或外径变大后，相位将滞后。具体为调整周期性排列的圆环基片11的大小及圆环基片11之间的间距。
具体应用：人工复合左右手材料的波导设计：如图1和图2所示，三个相互垂直的波导结构，水平波导1中加入了复合左右手材料结构，该结构通过周期性排列的圆环基片11形成的微带电路，使其具有复合左右手材料的特性，将该结构的微带电路放入波导中，通过导电胶将微带电路粘在波导内壁。水平极化波通过水平波导1的水平输入端口输入圆极化器中，通过人工复合左右手材料的波导，水平极化波将具有左右手材料的一些特性，相位会产生变化。水平波导1的水平输入端口和垂直波导2的垂直输入端口保持垂直，水平波导1和垂直波导2均采用BJ320标准波导。垂直极化波通过垂直波导2的垂直输入端口输入，这两个空间上正交的极化波在圆极化器内合成，由于相位相差90o，在输出波导3的输出端口能够输出圆极化波。
影响水平极化波相位的关键部分是圆环基片11的尺寸和圆环基片11之间的间距，要保证90o相位差，需要兼顾圆环基片11的尺寸和圆环基片11之间的间距，因此根据要求可以进行取舍。通过改变周期性排列的圆环基片11的尺寸和圆环基片11之间的间距，实现灵活调整水平极化波相位的作用。
实施例：复合左右手材料是采用罗杰丝公司5880基片材料，介电常数2.22，介质厚度0.254mm，金属厚度0.035mm。通过优化设计，当微带电路中圆环基片11的外径0.95mm，内径0.55mm，间距为0.65mm，相对于垂直极化波，水平极化波的相位能够准确保持超前90o。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种圆极化器，其特征在于，包含：
三个相互垂直的波导；
所述的三个波导分别为水平波导（1）、垂直波导（2）、输出波导（3）；
所述的水平波导（1）有供水平极化波输入的水平输入端口；
所述的垂直波导（2）有供垂直极化波输入的垂直输入端口；
所述的输出波导（3）有供水平极化波与垂直极化波合成后输出的圆极化波的输出端口；
所述的水平波导（1）内壁设置有多个圆环基片（11）；
所述的圆环基片（11）之间的间距可调；
所述的多个圆环基片（11）沿水平极化波输入方向周期性排列；
所述的周期性排列的圆环基片（11）形成微带电路，通过调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位。
2.如权利要求1所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）的圆心在同一条直线上。
3.如权利要求1所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）的外径为0.9~1mm，内径为0.5~0.6mm。
4.如权利要求1所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）之间的间距为0.6~0.7mm。
5.如权利要求1所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）的基材厚度为0.254mm，金属厚度为0.035mm。
6.如权利要求1所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）的基材的介电常数为2.22。
7.如权利要求5所述的圆极化器，其特征在于，所述的圆环基片（11）的基材为复合左右手材料。
8.一种输出圆极化波的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、将微带电路设置在圆极化器的水平波导（1）的内壁上，实现对输入极化波相位的灵活调整，其中微带电路由水平波导（1）内壁上周期性排列的多个圆环基片（11）构成；
步骤2、水平极化波通过水平波导（1）的水平输入端口输入到圆极化器；
步骤3、垂直极化波通过垂直波导（2）的垂直输入端口输入到圆极化器；
步骤4、调整微带电路的结构，使得水平极化波超前垂直极化波90°相位；
步骤5、空间正交的水平极化波与垂直极化波在圆极化器内合成，通过输出波导（3）的输出端口输出圆极化波。
9.如权利要求8所述的输出圆极化波的方法，其特征在于，所述的步骤4中调整微带电路的结构为调整周期性排列的圆环基片（11）的大小及圆环基片（11）之间的间距。
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