CN104218277A - 小型等相极化器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及小型等相极化器，属于电子通信技术领域，特别是一种用于军民用微波通信、卫星通信、雷达设备、航空航天以及其他目标跟踪的小型等相极化器。该小型等相极化器包括极化分离器、第一矩形波导、极化调节电机、第一连接件和赋形耦合探针，其中，极化分离器包括第二矩形波导、圆波导、直探针、第三矩形波导和第二连接件。本发明的极化器Ku频段器件长度仅为55mm，体积小、重量轻；本发明的极化器的水平、垂直极化端口高度相同，有利于紧凑集成；本发明的极化器水平、垂直极化端口相位一致性高，工作性能稳定，可广泛应用于相位一致高的天馈系统中，而天馈系统大都对水平、垂直极化波相位一致有要求。
Description
技术领域
本发明涉及小型等相极化器，属于电子通信技术领域，特别是一种用于军民用微波通信、卫星通信、雷达设备、航空航天以及其他目标跟踪的小型等相极化器。
背景技术
随着现代通信、遥控、遥测技术的发展，对车载、船载、机载、弹载通信需求日益增加。微波器件的高性能及小型化日趋重要。现有的极化器一般通过圆波导的转动实现极化分配和天线极化角度的匹配，转动惯量大且体积难以做到小型化。
即使采用其他结构解决了圆波导转动惯量大，电机功率大的问题，但仍存在以下问题：
1.器件的尺寸依然较大，水平、垂直极化波出口不在同一高度，不利于应用于高集成度、紧凑型天馈系统；
2.水平、垂直极化波传输距离不同，整个工作频带无法做到较高的相位一致性，若不外加移相器便无法应用于相位一致高的天馈系统中，而天馈系统大都对水平、垂直极化波相位一致有要求。
发明内容
本发明的目的在于解决传统极化器产品存在的体积大，不利于紧凑集成的技术问题；解决水平、垂直极化波出口相位一致性差，无法应用于对相位一致性高的天馈系统环境中。本发明提出了一种小型化，Ku频段器件长度仅为55mm，水平、垂直极化端口具有较高的相位一致性的小型等相极化器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的小型等相极化器，该小型等相极化器包括极化分离器、第一矩形波导、极化调节电机、第一连接件和赋形耦合探针，其中，极化分离器包括第二矩形波导、圆波导、直探针、第三矩形波导和第二连接件；
第一矩形波导的端口为公共端口；
第二矩形波导的端口为水平极化端口，圆波导与第二矩形波导连接处有一矩形孔；
第三矩形波导的端口为垂直极化端口，圆波导与第三矩形波导连接处有一圆柱孔；
第二矩形波导和第三矩形波导通过圆波导进行连接，第二连接件固定连接在第三矩形波导的圆柱形孔内；第二连接件还与圆波导的一侧固定连接；第二连接件为一由聚四氟乙烯制作成的空心圆柱，直探针为一圆柱形探针，直探针的一部分固定连接在第二连接件空心内，另一部分位于圆波导内；
第一连接件为一由聚四氟乙烯制作成的圆柱，圆柱的上面部分为实心的，下面部分为空心的；第一连接件穿过第一矩形波导的上下两个宽面并与第一矩形波导固定连接；第一连接件的上端穿出第一矩形波导的上宽面，第一连接件的下端与圆波导的内腔上表面相接触，即第一连接件的下端面与圆波导的内腔上表面共面，第一连接件的上端面上固定连接有电机，即第一连接件与电机的输出轴相连接；赋形耦合探针为一体成型的具有特定角度的弯折圆柱，赋形耦合探针的一部分固定于第一连接件的空心内，另一部分位于圆波导内；
赋形耦合探针、圆波导、直探针、第一矩形波导、第二矩形波导、第三矩形波导均为铝材质或铜材质；
第一连接件的轴心线与圆波导的轴心线重合，水平极化端口和垂直极化端口在同一高度上，相互垂直，即水平极化端口和垂直极化端口的长边相互平行，水平极化端口和垂直极化端口的短边相互垂直；
圆波导的模式为TE模；
直探针与圆波导直接耦合，直探针指向圆波导轴心，并将圆波导中的极化波引入垂直极化端口。
有益效果
本发明的极化器Ku频段器件长度仅为55mm，体积小、重量轻；本发明的极化器的水平、垂直极化端口高度相同，有利于紧凑集成；本发明的极化器水平、垂直极化端口相位一致性高，工作性能稳定，可广泛应用于相位一致高的天馈系统中，而天馈系统大都对水平、垂直极化波相位一致有要求。
附图说明
图1为本发明的极化器的结构示意图；
图2为本发明的极化器的公共端口驻波测试曲线，测试范围13.5GHz～14.5GHz，驻波小于1.15；
图3为本发明的水平、垂直端口隔离度测试曲线，测试范围13.5GHz～14.5GH，隔离度小于-40dB；
图4为本发明的水平、垂直端口相位测试曲线，测试范围13.5GHz～14.5GHz，水平、垂直端口相位一致性高。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，小型等相极化器，该极化器包括极化分离器1、第一矩形波导3、极化调节电机4、第一连接件5和赋形耦合探针6，其中，极化分离器1包括第二矩形波导8、圆波导9、直探针10、第三矩形波导11和第二连接件12；
第一矩形波导3的端口为公共端口2；
第二矩形波导8的端口为水平极化端口7，圆波导9与第二矩形波导8连接处有一矩形孔；
第三矩形波导11的端口为垂直极化端口13，圆波导9与第三矩形波导11连接处有一圆柱孔；
第二矩形波导8和第三矩形波导11通过圆波导9进行连接，第二连接件12固定连接在第三矩形波导11的圆柱形孔内；第二连接件12还与圆波导9的一侧固定连接；第二连接件12为一由聚四氟乙烯制作成的空心圆柱，直探针10为一圆柱形探针，直探针10的一部分固定连接在第二连接件12空心内，另一部分位于圆波导9内；
第一连接件5为一由聚四氟乙烯制作成的圆柱，圆柱的上面部分为实心的，下面部分为空心的；第一连接件5穿过第一矩形波导3的上下两个宽面并与第一矩形波导3固定连接；第一连接件5的上端穿出第一矩形波导3的上宽面，第一连接件5的下端与圆波导9的内腔上表面相接触，即第一连接件5的下端面与圆波导9的内腔上表面共面，第一连接件5的上端面上固定连接有电机4，即第一连接件5与电机4的输出轴相连接；赋形耦合探针6为一体成型的具有一定角度的两个圆柱组成，两个圆柱之间的角度为135°，赋形耦合探针6的一部分固定于第一连接件5的空心内，另一部分位于圆波导9内；
赋形耦合探针6、圆波导9、直探针10、第一矩形波导3、第二矩形波导8、第三矩形波导11均为铝材质或铜材质；
第一连接件5的轴心线与圆波导9的轴心线重合，水平极化端口7和垂直极化端口13在同一高度上，相互垂直，即水平极化端口7和垂直极化端口13的长边相互平行，水平极化端口7和垂直极化端口13的短边相互垂直；
圆波导9的模式为TE11模；
直探针10与圆波导9直接耦合，直探针10指向圆波导9轴心，并将圆波导9中的极化波引入垂直极化端口13。
上述的极化器利用波导同轴转换器从波导公共端口3把微波信号耦合到赋形耦合探针6，然后可旋转的赋形耦合探针6在极化分离器1的圆波导9内激励起极化角度可旋转的电磁波TE11模，极化分离器最终分离出能量可以连续改变的水平极化波和垂直极化波，分别由水平极化端口7和垂直极化端口13输出。
当赋形耦合探针6旋转到与水平极化端口7平面平行时，从公共端口2输入的能量全部耦合到水平极化端口7，垂直极化端口13成为隔离端口；当赋形耦合探针6旋转至与水平极化端口7相互垂直时，从公共端口2输入的全部能量耦合到垂直极化端口13，水平极化端口7成为隔离端口；赋形耦合探针6旋转至与水平极化端口7平面具有一定角度时(除水平、垂直情况外)，从公共端口2输入的部分能量从水平极化端口7输出，另一部分能量从垂直极化端口13输出，水平极化端口7和垂直极化端口13相位基本保持一致。
如上所述，通过调节赋形耦合探针6的旋转角度，从公共端口2输入的电磁波传输至水平极化端口7和垂直极化端口13的水平、垂直极化波分配比连续可调，实现电磁波极化角度的控制。
经实验验证，应用矢量网络分析仪(型号：安捷伦8720ES)测得：在工作频率13.5GHz～14.5GHz范围内，极化器公共端口驻波比小于1.15；水平、垂直极化隔离度达到40dB；水平输出端口与垂直输出端口相位一致性高，相位曲线基本重合，工作频带内相位差小于5°。测试结果见附图2、3、4。
由上可见，本发明的小型等相极化器采用新颖的极化分离结构，水平、垂直端口相位一致性高，并具有体积小、重量轻、性能佳等诸多优点。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (5)
1.小型等相极化器，其特征在于：
该小型等相极化器包括极化分离器、第一矩形波导、极化调节电机、第一连接件和赋形耦合探针，其中，极化分离器包括第二矩形波导、圆波导、直探针、第三矩形波导和第二连接件；
第一矩形波导的端口为公共端口；
第二矩形波导的端口为水平极化端口，圆波导与第二矩形波导连接处有一矩形孔；
第三矩形波导的端口为垂直极化端口，圆波导与第三矩形波导连接处有一圆柱孔；
第二矩形波导和第三矩形波导通过圆波导进行连接，第二连接件固定连接在第三矩形波导的圆柱形孔内；第二连接件还与圆波导的一侧固定连接；第二连接件为一空心圆柱，直探针为一圆柱形探针，直探针的一部分固定连接在第二连接件空心内，另一部分位于圆波导内；
第一连接件为一圆柱，圆柱的上面部分为实心的，下面部分为空心的；第一连接件穿过第一矩形波导的上下两个宽面并与第一矩形波导固定连接；第一连接件的上端穿出第一矩形波导的上宽面，第一连接件的下端与圆波导的内腔上表面相接触，第一连接件的上端面上固定连接有电机，赋形耦合探针为一体成型的弯折圆柱，赋形耦合探针的一部分固定于第一连接件的空心内，另一部分位于圆波导内；
第一连接件的轴心线与圆波导的轴心线重合，水平极化端口和垂直极化端口在同一高度上，相互垂直；
直探针与圆波导直接耦合，直探针指向圆波导轴心，并将圆波导中的极化波引入垂直极化端口。
2.根据权利要求1所述的小型等相极化器，其特征在于：第一连接件的材料为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的小型等相极化器，其特征在于：第二连接件的材料为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的小型等相极化器，其特征在于：赋形耦合探针、圆波导、直探针、第一矩形波导、第二矩形波导、第三矩形波导均为铝材质或铜材质。
5.根据权利要求1所述的小型等相极化器，其特征在于：圆波导的模式为TE模。
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