CN105071006B - 一种新型正交模耦合器 - Google Patents
一种新型正交模耦合器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105071006B CN105071006B CN201510548811.XA CN201510548811A CN105071006B CN 105071006 B CN105071006 B CN 105071006B CN 201510548811 A CN201510548811 A CN 201510548811A CN 105071006 B CN105071006 B CN 105071006B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- straight
- regulating block
- face
- stepped impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明涉及一种新型正交模耦合器，属于耦合器技术领域。该耦合器包括直臂波导1、直臂波导2、圆形波导、矩圆过渡、连接波导1、连接波导2、阶梯阻抗调节块；直臂波导通过耦合缝与圆形波导进行电磁耦合；直臂波导1与直臂波导2通过连接波导1和连接波导2进行阻抗匹配；通过阶梯阻抗调节块进行相位调节，使从圆波导进入的信号，从直臂波导1与直臂波导2输出时的相位差为0°，本发明解决了物理路径不一致如何做到相位一致的问题，解决了当前正交模耦合器两输出臂不平行输出的缺点，结构简单，级连方便，小型化，加工容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型正交模耦合器，可单独用作微波电路器件，也可应用于“动中通”系统，作为双极化阵列天线的双极化馈电网络，属于耦合器技术领域。
背景技术
正交模耦合器，作为实现双极化天馈的重要部件，如今在卫星通讯和军事雷达等方面得到广泛应用。卫星通讯中，使用不同极化方式且相互隔离的两个信道，在同一频率上可以实现容纳更多信道数量；在不同频率上，可以增加收发信道的隔离。在雷达系统中，正交模耦合器的使用不但可以增强雷达灵敏度，而且使得雷达能够获得更多的目标结构信息，对提高雷达探测系统的智能化信息处理能力系统具有重要意义。
现有的正交模耦合器两输入端口通常为相互垂直的两个标准矩形波导端口，这种设计通过调整输出端口标准矩形波导的尺寸，虽然很容易实现两路信号的物理路径一致保证输出相位一致。但存在的不足也是明显的：在实际工程应用中，这两个相互垂直的输出端口最终仍需要连接到双工器的两平行矩形波导端口上，这中间需要加入许多弯波导及过渡波导才能实现，这大大增加了设计的复杂度，过多的弯波导及过渡波导带来更大的损耗，影响系统性能指标，更不利于系统集成。现有技术的正交模耦合器的回波损耗在14ˉ14.5GHz只能达到小于2(即-10dB)，不够低；隔离度即两个输出端口之间从一个端口返回到另一个端口的能量只能达到-30dB，不够小；两输出端口的相位相差只能精确到是10°，不够高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种新型正交模耦合器，解决了当前正交模耦合器两输出臂不平行输出的问题。
本发明的技术解决方案是：一种新型正交模耦合器，包括直臂波导1(1)、直臂波导2(2)、圆形波导(11)、矩圆过渡(3)、连接波导1(7)、连接波导2(8)，如图1所示；
直臂波导2(2)包括：阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)、阶梯阻抗调节块4(10)，如图3所示；
圆形波导(11)包括第一面(1101)和第二面(1102)，如图5所示；
圆形波导(11)为圆形金属波导口面，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)35至45mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄面的耦合缝(6)，如图2所示；
矩圆过渡(3)的一端为圆波导口，另一端为矩形波导口，如图1所示；
直臂波导1(1)为矩形波导，一端为矩形波导口面(101)，另一端为矩形波导口面(102)，如图5所示；
连接波导1(7)的一端为四角设有导角的矩形波导口(701)，另一端为四角设有导角的矩形波导口(702)，如图4所示；
连接波导2(8)的两端均为矩形波导口，一端的矩形波导口与连接波导1(7)的四角设有导角的矩形波导口(702)相连，连接波导2(8)的另一端矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)相连，如图1和图7所示；
直臂波导2(2)为矩形波导，直臂波导2(2)包括第一面(201)和第二面(202)、两个窄面和两个宽面，在直臂波导2(2)的一个窄面设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)，如图6所示；
阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)均为矩形，阶梯阻抗调节块1(4)紧贴在直臂波导2(2)的一个窄面上，阶梯阻抗调节块2(5)紧贴在阶梯阻抗调节块1(4)上，直臂波导2(2)、阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)和阶梯阻抗调节块4(10)内部连通，共同构成第一中空腔体；直臂波导1(1)、矩圆过渡(3)和圆形波导(11)内部连通，共同构成第二中空腔体；连接波导1(7)、连接波导2(8)内部连通构成第三中空腔体，第三中空腔体将第一中空腔体和第二中空腔体连通构成的中空腔体外部有一定厚度的金属外壁，第一中空腔体和第二中空腔体的轴线平行；
直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)平齐；直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的窄边长度相等，直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的宽边相等，如图3所示；
阶梯阻抗调节块1(4)包括第一截面(401)和第二截面(402)，阶梯阻抗调节块1(4)的第一截面(401)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为λ/2，阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2，如图6所示；
阶梯阻抗调节块2(5)包括第一截面(501)和第二截面(502)，阶梯阻抗调节块2(5)的第一截面(501)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为3λ/4；阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2；阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)与阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)平齐，如图6所示；
在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第一面(201)处设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块4(10)，在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第二面(202)处设置阶梯阻抗调节块3(9)，如图3所示；
阶梯阻抗调节块4(10)包括第一截面(1001)和第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块4(10)的第一截面(1001)与直臂波导2(2)的第一面(201)平齐，阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为连接波导2(8)的矩形波导口宽边的长度，如图6和图1所示；
阶梯阻抗调节块3(9)包括第一截面(901)、第二截面(902)、第一侧面(903)和第二侧面(904)，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)小于阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块3(9)的第二截面(902)与直臂波导2(2)的第二面(202)平齐，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)和阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)紧贴；阶梯阻抗调节块3(9)的第一侧面(903)与直臂波导2(2)的一个宽面的距离约为直臂波导2(2)的一个窄边长度的1/3，阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)与直臂波导2(2)的另一个宽面平齐；阶梯阻抗调节块3(9)的厚度小于阶梯阻抗调节块4(10)的厚度，如图7和图1所示；
圆形波导(11)的第二面(1102)与矩圆过渡(3)的圆波导口相连，矩圆过渡(3)的矩形波导口连接直臂波导1(1)的一个波导口，如图1所示；
连接波导1(7)设有导角的矩形波导口(701)连接圆形波导(11)的侧壁，使耦合针与设有导角的矩形波导口(701)所在的平面平行；连接波导1(7)设有导角的的矩形波导口(702)与连接波导2(8)的一个矩形波导口连接，连接波导2(8)的另一个矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)及直臂波导2(2)的另一个宽面组成的平面连接，如图7和图1所示；
当信号从圆形波导(11)的第一面(1101)输入时，到达耦合针时分为第一部分信号和第二部分信号，第一部分信号依次经过圆形波导(11)、矩圆过渡(3)和直臂波导1(1)组成的第一中空腔体到达直臂波导1(1)的(101)波导口；第二部分信号通过耦合针电磁耦合依次进入第三中空腔体、第二中空腔体后，到达直臂波导2(2)的第一面(201)；到达直臂波导1(1)的(101)波导口的第一部分信号和到达直臂波导2(2)的第一面(201)的第二部分信号幅度相等，且相位相差为0°，仿真结果如图11所示，两路信号的相位几乎平行吻合，达到了预期的相位指标要求。
所述耦合针(6)为圆柱形，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)41.7mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄边的耦合针(6)，耦合缝(6)的圆柱形截面半径为0.8mm。
直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)与另一矩形波导口面(102)均为标准波导端口，其宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，直臂波导2(2)的第一面(201)矩形波导口也为标准波导端口，其宽边为15.8mm,窄边为7.9mm；
矩圆过渡(3)总长为11mm，防止磁场变换过快，产生出不需要的高次模；
圆形波导(11)为半径为7.5mm的标准圆波导，圆波导的第一面与第二面之间的传输部分的总长度为63.2mm，一方面使得信号能量能完整传输，另一方面尽量将尺寸做到最小。
连接波导1(7)与波导2(8)的连接口面均为标准波导口面，宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，连接波导1(7)的设有导角的矩形波导口(701)与设有导角的矩形波导口(702)导半径为3.5mm的圆角结构，如图8所示；
梯形阻抗调节块1(4)低于直臂波导2(2)的下平面(厚度)1.6mm；梯形阻抗调节块(5)低于直臂波导2(2)的下平面3.2mm，如图6所示；
阻抗调节块(9)一侧为直臂波导2(2)在传输方向上的一面延伸面。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的第一中空腔体、第二中空腔体与第三中空腔体组成的新型正交模耦合器，结构紧凑易于集成，加工简单易于产业化生产。
(2)本发明根据各部分与波长的尺寸对应关系，可以较好的应用于不同频段的正交模耦合器的设计中，继承性好。
(3)本发明通过调节耦合缝(6)在圆形波导(11)中的位置关系，使得第二路信号的能量能尽可能完全的耦合到第三中空腔体和第二中空腔体中。
(4)本发明的正交模耦合器的两输出端口平行排列，可以直接与双工器的两个标准波导端口相连接，减小了使用空间，集成性强。
(5)本发明的正交模耦合器的阶梯阻抗调节块3(9)的窄边及高度对新型正交模耦合器的驻波比影响较大，阻抗调节块设计简单容易实现。
(6)本发明的正交模耦合器的阶梯阻抗调节块1(4)和阶梯阻抗调节块2(5)的厚度及传输长度的确定，使得两路信号的相位差接近0°，使得输出的两路信号更加精准无失真。
(7)本发明阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)与阶梯阻抗调节块4(10)波导宽边呈阶梯形渐变设计，可以提高天线的驻波比，优化的尺寸使得两端口的相位差为0，同时这种利用斜角传输的设计紧凑新颖。
(8)本发明攻破了物理路径不一致如何做到相位一致的问题，我们的设计主要依据的理论是：电长度一致时相位也是一致的。相位的改变除了通过改变波导长度实现外还可以通过改变波导波长来实现，波导波长只与波导宽边长度有关。故不需要改变波导长度，仅改变波导宽边长度，即可改变波导波长。
附图说明
图1为本发明所述的新型正交模耦合器的整体结构图；
图2为本发明所述的新型正交模耦合器的第一中空腔体结构图；
图3为本发明所述的新型正交模耦合器的第二中空腔体结构图；
图4为本发明所述的新型正交模耦合器的第三中空腔体结构图；
图5为本发明所述的新型正交模耦合器的各端口面示意图；
图6为本发明所述的新型正交模耦合器的第一中空腔体平面示意图；
图7为本发明所述的新型正交模耦合器的阶梯阻抗调节块3(9)四个面的示意图；
图8为本发明所述的新型正交模耦合器的连接波导1(7)导角示意图；
图9为本发明所述的新型正交模耦合器的两个输出端口的回波损耗曲线图；
图10为本发明所述的新型正交模耦合器的两个输出端口的隔离度曲线图；
图11为本发明所述的新型正交模耦合器的两输出端口的相位曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种新型正交模耦合器，包括直臂波导1(1)、直臂波导2(2)、圆形波导(11)、矩圆过渡(3)、连接波导1(7)、连接波导2(8)，如图1所示；
直臂波导2(2)包括：阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)、阶梯阻抗调节块4(10)，如图3所示；
圆形波导(11)包括第一面(1101)和第二面(1102)，如图5所示；
圆形波导(11)为圆形金属波导口面，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)35至45mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄面的耦合缝(6)，如图2所示；
矩圆过渡(3)的一端为圆波导口，另一端为矩形波导口，如图1所示；
直臂波导1(1)为矩形波导，一端为矩形波导口面(101)，另一端为矩形波导口面(102)，如图5所示；
连接波导1(7)的一端为四角设有导角的矩形波导口(701)，另一端为四角设有导角的矩形波导口(702)，如图4所示；
连接波导2(8)的两端均为矩形波导口，一端的矩形波导口与连接波导1(7)的四角设有导角的矩形波导口(702)相连，连接波导2(8)的另一端矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)相连，如图1和图7所示；
直臂波导2(2)为矩形波导，直臂波导2(2)包括第一面(201)和第二面(202)、两个窄面和两个宽面，在直臂波导2(2)的一个窄面设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)，如图6所示；
阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)均为矩形，阶梯阻抗调节块1(4)紧贴在直臂波导2(2)的一个窄面上，阶梯阻抗调节块2(5)紧贴在阶梯阻抗调节块1(4)上，直臂波导2(2)、阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)和阶梯阻抗调节块4(10)内部连通，共同构成第一中空腔体；直臂波导1(1)、矩圆过渡(3)和圆形波导(11)内部连通，共同构成第二中空腔体；连接波导1(7)、连接波导2(8)内部连通构成第三中空腔体，第三中空腔体将第一中空腔体和第二中空腔体连通构成的中空腔体外部有一定厚度的金属外壁，第一中空腔体和第二中空腔体的轴线平行；
直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)平齐；直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的窄边长度相等，直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的宽边相等，如图3所示；
阶梯阻抗调节块1(4)包括第一截面(401)和第二截面(402)，阶梯阻抗调节块1(4)的第一截面(401)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为λ/2，阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2，如图6所示；
阶梯阻抗调节块2(5)包括第一截面(501)和第二截面(502)，阶梯阻抗调节块2(5)的第一截面(501)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为3λ/4；阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2；阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)与阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)平齐，如图6所示；
在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第一面(201)处设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块4(10)，在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第二面(202)处设置阶梯阻抗调节块3(9)，如图3所示；
阶梯阻抗调节块4(10)包括第一截面(1001)和第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块4(10)的第一截面(1001)与直臂波导2(2)的第一面(201)平齐，阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为连接波导2(8)的矩形波导口宽边的长度，如图6和图1所示；
阶梯阻抗调节块3(9)包括第一截面(901)、第二截面(902)、第一侧面(903)和第二侧面(904)，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)小于阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块3(9)的第二截面(902)与直臂波导2(2)的第二面(202)平齐，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)和阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)紧贴；阶梯阻抗调节块3(9)的第一侧面(903)与直臂波导2(2)的一个宽面的距离约为直臂波导2(2)的一个窄边长度的1/3，阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)与直臂波导2(2)的另一个宽面平齐；阶梯阻抗调节块3(9)的厚度小于阶梯阻抗调节块4(10)的厚度，如图7和图1所示；
圆形波导(11)的第二面(1102)与矩圆过渡(3)的圆波导口相连，矩圆过渡(3)的矩形波导口连接直臂波导1(1)的一个波导口，如图1所示；
连接波导1(7)设有导角的矩形波导口(701)连接圆形波导(11)的侧壁，使耦合针与设有导角的矩形波导口(701)所在的平面平行；连接波导1(7)设有导角的的矩形波导口(702)与连接波导2(8)的一个矩形波导口连接，连接波导2(8)的另一个矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)及直臂波导2(2)的另一个宽面组成的平面连接，如图7和图1所示；
当信号从圆形波导(11)的第一面(1101)输入时，到达耦合针时分为第一部分信号和第二部分信号，第一部分信号依次经过圆形波导(11)、矩圆过渡(3)和直臂波导1(1)组成的第一中空腔体到达直臂波导1(1)的(101)波导口；第二部分信号通过耦合针电磁耦合依次进入第三中空腔体、第二中空腔体后，到达直臂波导2(2)的第一面(201)；到达直臂波导1(1)的(101)波导口的第一部分信号和到达直臂波导2(2)的第一面(201)的第二部分信号幅度相等，且相位相差为0°，仿真结果如图11所示，两路信号的相位几乎平行吻合，达到了预期的相位指标要求。
所述耦合针(6)为圆柱形，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)41.7mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄边的耦合针(6)，耦合缝(6)的圆柱形截面半径为0.8mm。
直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)与另一矩形波导口面(102)均为标准波导端口，其宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，直臂波导2(2)的第一面(201)矩形波导口也为标准波导端口，其宽边为15.8mm,窄边为7.9mm；
矩圆过渡(3)总长为11mm，防止磁场变换过快，产生出不需要的高次模；
圆形波导(11)为半径为7.5mm的标准圆波导，圆波导的第一面与第二面之间的传输部分的总长度为63.2mm，一方面使得信号能量能完整传输，另一方面尽量将尺寸做到最小。
连接波导1(7)与波导2(8)的连接口面均为标准波导口面，宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，连接波导1(7)的设有导角的矩形波导口(701)与设有导角的矩形波导口(702)导半径为3.5mm的圆角结构，如图8所示；
梯形阻抗调节块1(4)低于直臂波导2(2)的下平面(厚度)1.6mm；梯形阻抗调节块(5)低于直臂波导2(2)的下平面3.2mm，如图6所示；
阻抗调节块(9)一侧为直臂波导2(2)在传输方向上的一面延伸面。
具体实施例为：
如图1所示，本发明所述的正交模耦合器由直臂波导1(1)、直臂波导2(2)、圆形波导(11)、矩圆过渡(3)、连接波导1(7)、连接波导2(8)、阶梯阻抗调节块(4)、(5)、(9)、(10)等组成。正交模耦合器的两输入臂为两个并行的标准矩形波导口组成。正交模耦合器的输出端为标准圆波导口，后面连接极化选择器。
直臂波导1(1)、直臂波导2(2)与圆形波导(11)的终端可以接法兰盘，用来和其他微波器件连接；圆形波导(11)可以直接连接极化选择器，直臂波导1(1)和直臂波导2(2)直接与其他微波器件相连接，也可以共同组成双极化阵列天线的双极化馈电网络。
阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为8mm；
阶梯阻抗调节块1(4)的第一截面(401)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为10.5mm，主要用来调节两端口相位差。
阶梯阻抗调节块2(5)的第一截面(501)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为15.5mm,主要用来调节两端口相位差；
阶梯阻抗调节块3(9)的第一侧面(903)与直臂波导2(2)的一个宽面的距离为2.5mm，阶梯阻抗调节块3(9)的厚度低于阶梯阻抗调节块4(10)的厚度3.95mm，使得端口回波损耗达到最低值，如图7所示；
直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)与另一矩形波导口面(102)之间的距离为11.5mm，此优化的尺寸使得能量能更完整的传输；
接波导1(7)、连接波导2(8)的中心距离直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)48.9mm，一方面使得能量高效传输，另一方面使得整个正交模耦合器更加小型化。
接波导1(7)、连接波导2(8),一方面起到连接第一中空腔体和第二中空腔体的作用，另一方面调节两中空腔体的阻抗匹配。
阶梯阻抗调节块4(10)的括第一截面(1001)和第二截面(1002)间的距离为41mm，阶梯阻抗调节块4(10)的第一截面(1001)与第二截面(1002)高度为7.5mm，此优化尺寸，一方面使得端口回波损耗降低，另一方面影响两端口的相位差，综合起来效果最佳。
阶梯阻抗调节块3(9)的第一侧面(903)与第二侧面(904)间的距离为5.4mm，如图7所示，此优化尺寸同样对端口回波损耗影响较大。
圆形波导(11)为一截面为圆形的标准金属波导，截面尺寸应保证圆形波导(11)在工作频段内仅传输主模。
本发明的新型正交模耦合器，信号从圆形波导(11)的(1101)圆波导口进入，经过耦合缝(6)变为两路信号，两路信号到达直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)及直臂波导2(2)的矩形波导口面(201)的相位差随频率变化情况如表1所示：
表1相位仿真数据
| 端口 | 14GHz(度) | 14.5GHz(度) | Detal(y)(度) |
| 1-3 | -68.29 | -162.49 | -94.2 |
| 2-3 | -98.18 | -162.86 | -94.67 |
| 差值 | 0.11 | 0.37 | 0.47 |
由上表可见，两输出端口在整个频段14GHzˉ14.5GHz范围内相位差小于0.5°，满足预期指标要求。
本发明正交模耦合器的工作原理如下：
正交模耦合器表现为三个物理端口，即直臂波导1(1)端口、直臂波导2(2)端口、圆形波导(11)端口。但在电气上是四端口器件。圆形端口(11)为公共端口，直臂波导1(1)端口和直臂波导2(2)端口为两个分支端口。由于圆形波导(11)端口可以传输电场方向空间正交的两个正交主模式：TE10模和TE01模，所以圆形波导端口(11)提供了两个电气端口，分别分配给两个正交模式。其余两个端口由标准波导组成，只传输各自的主模。
正交模耦合器可鉴别圆形波导(11)端口上两个正交主模式，并将它们提供给直臂波导1(1)端口和直臂波导2(2)端口的主模，使所有端口匹配且在两个信号之间有很高的极化鉴别能力。
位于圆形波导(11)端口的主模TE10经过耦合缝隙(6)进行极化过滤后，馈给直臂波导2(2)端口。正交主模TE01在耦合缝隙(6)中消失，被耦合或反射到直臂波导1(1)端口去。
位于圆形波导(11)端口的主模TE01经过耦合缝隙(6)进行极化过滤后，馈给直臂波导1(1)端口。正交主模TE10在耦合缝隙(6)中消失，被耦合或反射到直臂波导2(2)端口去。
正交模耦合器对于两个相互正交的极化波来讲，是一个分离的或是混合的元件。正交模耦合器可以鉴别公共端口上两个正交主模的独立信号并将其供给单一信号源端口的基模，使所有端口匹配，且在两信号之间有较高的极化鉴别能力。
对一个正交模耦合器而言，各个端口的端口匹配和隔离尤为重要，模式正交也将引入极化隔离，更能保证隔离效果。
不同用途的正交模耦合器的要求不尽相同，在具体参数上有细微差别，工作原理均是利用极化波模式正交来增加信道的隔离。
仿真结果如图9所示为总口的回波损耗，有图可见,在14GHz至14.5GHz的频率范围内两输出端口的回波损耗小于-20dB，能量传输出去的彻底；横坐标表示正交模耦合器的工作频率，纵坐标为回波损耗的dB值，本发明的回波损耗14至14.5GHz小于1.2(即-20dB)，带宽能扩宽到2GHz，回波损耗在13.5到15GHz小于2，相比现有技术回波损耗14到14.5GHz小于2(即-10dB)，有着能量传输出去的效果显著，提高了传输出去的能量占总能量的比例。
如图10所示，纵坐标为从端口1返回到端口2的能量，横坐标为表示正交模耦合器的工作频率，在14至14.5GHz，从端口1返回到端口2的能量小于-36.6dB，比现有技术的-30dB.有着显著的提高，减小了从端口1返回到端口2的能量，即两输出端口的端口隔离度在14GHz至14.5GHz的频率范围内小于-36dB，可见两端口的隔离非常好。
如图11所示仿真结果，输出的两路信号的相位几乎平行吻合，达到了预期的相位指标要求。本发明两输出端口的相位相差0.2°，使信号的分离更加精确，分离更彻底，相比现有技术的相位相差10°显著提高。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
Claims (8)
1.一种新型正交模耦合器，其特征在于：包括直臂波导1(1)、直臂波导2(2)、圆形波导(11)、矩圆过渡(3)、连接波导1(7)、连接波导2(8)、阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)、阶梯阻抗调节块4(10)；
圆形波导(11)包括第一面(1101)和第二面(1102)；
圆形波导(11)为圆形金属波导口面，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)35至45mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄面的耦合缝(6)；
矩圆过渡(3)的一端为圆波导口，另一端为矩形波导口；
直臂波导1(1)为矩形波导，一端为矩形波导口面(101)，另一端为矩形波导口面(102)；
连接波导1(7)的一端为四角设有导角的矩形波导口(701)，另一端为四角设有导角的矩形波导口(702)；
连接波导2(8)的两端均为矩形波导口，一端的矩形波导口与连接波导1(7)的四角设有导角的矩形波导口(702)相连，连接波导2(8)的另一端矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)相连；
直臂波导2(2)为矩形波导，直臂波导2(2)包括第一面(201)和第二面(202)、两个窄面和两个宽面，在直臂波导2(2)的一个窄面设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)；
阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)均为矩形，阶梯阻抗调节块1(4)紧贴在直臂波导2(2)的一个窄面上，阶梯阻抗调节块2(5)紧贴在阶梯阻抗调节块1(4)上，直臂波导2(2)、阶梯阻抗调节块1(4)、阶梯阻抗调节块2(5)、阶梯阻抗调节块3(9)和阶梯阻抗调节块4(10) 内部连通，共同构成第一中空腔体；直臂波导1(1)、矩圆过渡(3)和圆形波导(11)内部连通，共同构成第二中空腔体；连接波导1(7)、连接波导2(8)内部连通构成第三中空腔体，第三中空腔体将第一中空腔体和第二中空腔体连通构成的中空腔体外部有一定厚度的金属外壁，第一中空腔体和第二中空腔体的轴线平行；
直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)平齐；直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的窄边长度相等，直臂波导2(2)的第一面(201)和直臂波导1(1)的波导口面(101)的宽边相等；
阶梯阻抗调节块1(4)包括第一截面(401)和第二截面(402)，阶梯阻抗调节块1(4)的第一截面(401)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为λ/2，阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2；
阶梯阻抗调节块2(5)包括第一截面(501)和第二截面(502)，阶梯阻抗调节块2(5)的第一截面(501)距离直臂波导2(2)的第一面(201)为3λ/4；阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为λ/4至λ/2；阶梯阻抗调节块1(4)的第二截面(402)与阶梯阻抗调节块2(5)的第二截面(502)平齐；
在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第一面(201)处设置与直臂波导2(2)窄面宽度相同的阶梯阻抗调节块4(10)，在直臂波导2(2)的另一窄面靠近第二面(202)处设置阶梯阻抗调节块3(9)；
阶梯阻抗调节块4(10)包括第一截面(1001)和第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块4(10)的第一截面(1001)与直臂波导2(2)的第一面(201)平齐，阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)距离直臂波导2(2)的第二面(202)为连接波导2(8)的矩形波导口宽边的长度；
阶梯阻抗调节块3(9)包括第一截面(901)、第二截面(902)、第一 侧面(903)和第二侧面(904)，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)小于阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)，阶梯阻抗调节块3(9)的第二截面(902)与直臂波导2(2)的第二面(202)平齐，阶梯阻抗调节块3(9)的第一截面(901)和阶梯阻抗调节块4(10)的第二截面(1002)紧贴；阶梯阻抗调节块3(9)的第一侧面(903)与直臂波导2(2)的一个宽面的距离约为直臂波导2(2)的一个窄边长度的1/3，阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)与直臂波导2(2)的另一个宽面平齐；阶梯阻抗调节块3(9)的厚度小于阶梯阻抗调节块4(10)的厚度；
圆形波导(11)的第二面(1102)与矩圆过渡(3)的圆波导口相连，矩圆过渡(3)的矩形波导口连接直臂波导1(1)的一个波导口；
连接波导1(7)设有导角的矩形波导口1(701)连接圆形波导(11)的侧壁，使耦合缝与设有导角的矩形波导口1(701)所在的平面平行；连接波导1(7)设有导角的矩形波导口2(702)与连接波导2(8)的一个矩形波导口连接，连接波导2(8)的另一个矩形波导口与阶梯阻抗调节块3(9)的第二侧面(904)及直臂波导2(2)的另一个宽面组成的平面连接；
当信号从圆形波导(11)的第一面(1101)输入时，到达耦合缝时分为第一部分信号和第二部分信号，第一部分信号依次经过圆形波导(11)、矩圆过渡(3)和直臂波导1(1)组成的第一中空腔体到达直臂波导1(1)的(101)波导口；第二部分信号通过耦合缝电磁耦合依次进入第三中空腔体、第二中空腔体后，到达直臂波导2(2)的第一面(201)；到达直臂波导1(1)的(101)波导口的第一部分信号和到达直臂波导2(2)的第一面(201)的第二部分信号幅度相等，且相位相差为0°。
2.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：所述耦合缝(6)为圆柱形，在圆形波导(11)内距离圆形波导第一面(1101)41.7mm处设置一个垂直于直臂波导1(1)窄边的耦合缝(6)，耦合缝(6)的圆柱形截面半径为0.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：直臂波导1(1)的矩形波导口面(101)与另一矩形波导口面(102)均为标准波导端口，其宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，直臂波导2(2)的第一面(201)矩形波导口也为标准波导端口，其宽边为15.8mm,窄边为7.9mm。
4.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：矩圆过渡(3)总长为11mm，防止磁场变换过快，产生出不需要的高次模。
5.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：圆形波导(11)为半径为7.5mm的标准圆波导，圆波导的第一面与第二面之间的传输部分的总长度为63.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：连接波导1(7)与波导2(8)的连接口面均为标准波导口面，宽边为15.8mm，窄边为7.9mm，连接波导1(7)的设有导角的矩形波导口1(701)与设有导角的矩形波导口2(702)导半径为3.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：阶梯阻抗调节块1(4)低于直臂波导2(2)的下平面1.6mm；阶梯阻抗调节块2(5)低于直臂波导2(2)的下平面3.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种新型正交模耦合器，其特征在于：阶梯阻抗调节块3(9)一侧为直臂波导2(2)在传输方向上的一面延伸面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510548811.XA CN105071006B (zh) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 一种新型正交模耦合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510548811.XA CN105071006B (zh) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 一种新型正交模耦合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105071006A CN105071006A (zh) | 2015-11-18 |
| CN105071006B true CN105071006B (zh) | 2017-09-29 |
Family
ID=54500323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510548811.XA Active CN105071006B (zh) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 一种新型正交模耦合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105071006B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106027141B (zh) * | 2016-07-06 | 2021-11-23 | 安徽四创电子股份有限公司 | 动中通卫星通信双工组件 |
| CN107819176B (zh) * | 2016-09-14 | 2021-09-21 | 南京航空航天大学 | 一种宽带的双频耦合器 |
| CN106450759B (zh) * | 2016-10-17 | 2023-06-13 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种紧凑型线极化跟踪器 |
| CN106410349B (zh) * | 2016-10-26 | 2019-05-14 | 中国科学院新疆天文台 | 一种q波段脊过渡正交模耦合器 |
| CN106410354B (zh) * | 2016-10-26 | 2018-10-26 | 中国科学院新疆天文台 | 一种q波段隔板型正交模耦合器 |
| CN109473772B (zh) * | 2018-12-28 | 2024-03-26 | 四川睿迪澳科技有限公司 | 双极化超宽带天线 |
| CN113013568B (zh) * | 2021-02-25 | 2022-02-15 | 浙江海通通讯电子股份有限公司 | 一种5g合路器 |
| CN114335963B (zh) * | 2022-03-10 | 2022-06-07 | 广州中雷电科科技有限公司 | 一种正交模耦合器及设计方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351514B1 (de) * | 1988-07-16 | 1994-11-09 | Kathrein-Werke Kg | Hohlleiter-Twist |
| US5977844A (en) * | 1995-03-11 | 1999-11-02 | Cambridge Industries Limited | Dual polarization waveguide probe system |
| RU2234174C1 (ru) * | 2003-02-03 | 2004-08-10 | ОАО "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Волноводный излучатель |
| CN101315999A (zh) * | 2008-06-27 | 2008-12-03 | 华为技术有限公司 | 螺钉装置和使用该螺钉装置的空腔滤波器 |
| CN101512837A (zh) * | 2006-07-28 | 2009-08-19 | 泰勒斯公司 | 天线的在网平面内最优化的紧凑型直接式收发转换器装置 |
| WO2011069598A1 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | European Space Agency | Compact omt device |
| CN203119067U (zh) * | 2013-01-25 | 2013-08-07 | 华为技术有限公司 | 腔体滤波器 |
-
2015
- 2015-08-31 CN CN201510548811.XA patent/CN105071006B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351514B1 (de) * | 1988-07-16 | 1994-11-09 | Kathrein-Werke Kg | Hohlleiter-Twist |
| US5977844A (en) * | 1995-03-11 | 1999-11-02 | Cambridge Industries Limited | Dual polarization waveguide probe system |
| RU2234174C1 (ru) * | 2003-02-03 | 2004-08-10 | ОАО "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Волноводный излучатель |
| CN101512837A (zh) * | 2006-07-28 | 2009-08-19 | 泰勒斯公司 | 天线的在网平面内最优化的紧凑型直接式收发转换器装置 |
| CN101315999A (zh) * | 2008-06-27 | 2008-12-03 | 华为技术有限公司 | 螺钉装置和使用该螺钉装置的空腔滤波器 |
| WO2011069598A1 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | European Space Agency | Compact omt device |
| CN203119067U (zh) * | 2013-01-25 | 2013-08-07 | 华为技术有限公司 | 腔体滤波器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105071006A (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105071006B (zh) | 一种新型正交模耦合器 | |
| CN103219574B (zh) | 毫米波超宽带空间功率合成网络 | |
| US20120032867A1 (en) | Waveguide orthomode transducer | |
| CN107134626B (zh) | 一种毫米波空间功率分配/合成器 | |
| CN106229598B (zh) | kW级超紧凑高隔离度共面魔T及微波功率合成方法 | |
| CN111063975B (zh) | 基于脊间隙波导的Ka波段GYSEL功分器 | |
| CN106450643B (zh) | E面波导定向耦合器及应用该耦合器的十六路波导功分器 | |
| CN202474172U (zh) | 毫米波功率合成网络 | |
| CN109149116A (zh) | 一种新型双极化喇叭天线 | |
| CN111987401A (zh) | 一种基于石英探针的脊波导到微带线超宽带过渡结构 | |
| CN208299028U (zh) | 一种双极化双工天线及其构成的双频基站天线阵列 | |
| CN109119764A (zh) | 一种双圆极化馈源天线 | |
| CN110676552A (zh) | 一种双频段高隔离正交模耦合器 | |
| CN109687083A (zh) | 磁激励毫米波波导二路功分器 | |
| CN202363569U (zh) | 一种宽带波导行波功率合成放大器 | |
| CN106229597B (zh) | 超紧凑高隔离度低反射波导魔t | |
| US20240055749A1 (en) | Rectangular Waveguide-to-Microstrip in-phase High-isolation Broadband Power Divider | |
| CN110190371A (zh) | 一种波导功分器 | |
| CN206585050U (zh) | 一种v波段宽带波导分支定向耦合器 | |
| CN106410354B (zh) | 一种q波段隔板型正交模耦合器 | |
| CN111900513A (zh) | 正交模转换器、天线设备及通信系统 | |
| CN104467708B (zh) | 一种c波段空间功率合成固态功率放大器 | |
| CN205141107U (zh) | 用于700MHz频段通讯系统的小型化环行器 | |
| CN103326135B (zh) | 一种宽波束圆波导双模圆极化天线 | |
| CN108011160B (zh) | 一种k波段小型化正交模转换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |