CN105470649B - 一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，由Ku/Ka双频段切换开关和Ku频段线极化收发两端口馈源网络复合而成。所述Ku/Ka双频段切换开关包括同轴嵌套的转子壳体和圆柱形转子，在圆柱形转子内设有Ka频段隔板圆极化器、Ku频段圆波导，所述圆柱形转子可绕转子壳体的轴线定轴旋转，所述的圆波导的中心点、Ka频段隔板圆极化器信号输入端口的中心点、所述的转子壳体的两端面上开有的波导口的投影点皆位于同一正圆上，所述Ku频段线极化收发两端口馈源网络与Ku/Ka双频段切换开关后端的波导口相连接，本发明采用圆柱形定筒和转子的旋转结构实现两个频段的切换，切换速度快，可靠性高。

Description

一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络

技术领域

本发明属于反射面天线馈源网络领域，尤其涉及一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，本馈源网络可实现两种分时工作状态，分别为Ku频段线极化收发工作状态和Ka频段圆极化收发工作状态。

背景技术

随着卫通通信技术的飞速发展，天线系统对于Ka频段的应用需求日益广泛。目前，大多数船载、机载卫星通信天线系统，经常要求在保留Ku频段信号通信能力的前提下，实现对于Ka频段圆极化信号的收发功能。对于口径在1.2米以上的反射面天线，工程应用中多采用Ku/Ka双频段共用馈源网络，实现Ku频段线极化收发和Ka频段圆极化收发两种工作状态的同时工作；对于口径在0.8米以下的反射面天线，由于空间结构的限制，无法采用Ku/Ka双频段共用馈源网络，大多采用Ku/Ka双频段分时复用的形式，保证天线在Ku、Ka两个频段均具备通信的能力。

目前，国内外用于反射面天线的双频段分时复用馈源网络多采用人工/电动更换馈源网络或者前后馈源网络分离并翻转副反射面两种方案。人工/电动更换馈源网络方案中，两个频段各自使用一套独立的馈源网络，人工或者电动实现两个馈源网络之间的切换。其中，人工更换馈源网络方式结构简单，但是难以适用于需要频繁切换的工程，电动更换馈源网络方式虽然实现了自动化，在任意时刻都可以实现两个馈源网络之间的切换，但是通常结构较复杂，切换时间长，并且两个馈源网络互相遮挡，减小了反射面的利用效率。前后馈源网络分离并翻转副反射面方案中，两个频段各自使用一套独立的馈源网络，一个频段的馈源网络后馈，另一个频段的馈源网络前馈，通过翻转副反射面实现前馈和后馈两套馈源网络之间的切换，这种方案切换过程自动完成，馈源网络结构简单，天线效率较高，缺点是翻转机构结构复杂，切换时间较长，重量较大，并且前馈馈源网络体积和重量受限。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的所述不足，提供一种性能优良的Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，它不仅能够实现Ku、Ka两个频段的快速、自动切换功能，而且同时具有结构紧凑、可靠性好、驻波比小、Ka频段圆极化轴比小以及Ku频段线极化交叉极化好等特点，适用于高性能小口径反射面天线。

本发明的目的是这样实现的：

提供了一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其包括依次相接且相复合在一起的Ku/Ka双频段切换开关1和Ku频段线极化收发两端口馈源网络2组成；

所述的Ku/Ka双频段切换开关1包括圆柱形转子12和用于容纳圆柱形转子12的定筒，圆柱形转子12同轴设置在定筒内，在定筒的前盖板11-1和后盖板11-3上各开有一波导口；

所述的圆柱形转子12内嵌入有圆波导、Ka频段隔板圆极化器12-3和驱动电机12-4，所述的驱动电机12-4上配装有齿轮12-5，该齿轮12-5穿过圆柱形转子12上所预留的豁口与定筒的内壁上所预留的齿轮圈相啮合，圆波导的中轴线与圆柱形转子12的中轴线相平行，所述的圆波导的一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器12-3的公共口与圆柱形转子12的前端面相齐平，所述的圆波导的另一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器12-3的支路端口与圆柱形转子12的后端面相齐平，与Ka频段隔板圆极化器12-3的支路端口相对应的在定筒的后盖板11-3上预留有方形波导口，所述的圆波导的中心点、Ka频段隔板圆极化器12-3公共端口的中心点、所述的定筒的两端面上开有的波导口的的投影点皆位于同一正圆上，所述的Ku频段线极化收发两端口馈源网络2的公共口与后盖板11-3上开有的波导口相对接。

进一步的，所述的Ku频段线极化收发两端口馈源网络2由Ku频段收发极化双工器21、Ku频段阻发滤波器22及Ku频段L形旋转关节23组成，Ku频段收发极化双工器21的公共端口与后盖板11-3上的波导口相接通，Ku频段收发极化双工器21的侧臂端口连接Ku频段阻发滤波器22，Ku频段收发极化双工器21的直通端口连接Ku频段L形旋转关节23，在L形旋转关节23上配装有协动齿轮。

进一步的，所述的Ku频段收发极化双工器21的公共端口通过动波导11-4与后盖板11-3的波导口相接通，动波导11-4配装在后盖板11-3的波导口内，在下盖板11-3上固定安装有一极化驱动步进电机24，极化驱动步进电机24上配装的驱动齿轮25与协动齿轮相啮合。

进一步的，还包括轴承11-6、轴承盖板11-7，所述的轴承11-6嵌入至后盖板的波导口内，动波导11-4插入至轴承11-6中，所述的轴承11-6及动波导11-4通过轴承盖板11-7固定在定筒的后盖板上。

进一步的，所述圆柱形转子12由第一分块12-1、第二分块12-2组成，第一分块12-1内设有用于固定步进电机12-4的容纳腔，在第一分块内设有圆波导，，所述的第一分块12-1和第二分块12-2的接触面处开有刚好可以组成用于容纳Ka频段隔板圆极化器12-3的槽体；

进一步的，在圆波导的两个波导端口及圆极化器12-3的公共口和支路端口处都开有扼流槽。

进一步的，所述Ka频段隔板圆极化器12-3两个支路端口中的其中一个输出端口为BJ220标准波导接口，另外一个输出端口为BJ320标准波导接口。

进一步的，所述圆波导的轴线到圆柱形转子12的轴线的距离与Ka频段隔板圆极化器12-3轴线到圆柱形转子12轴线的距离相等；圆波导的轴线中点到圆柱形转子12轴线中点的连线与Ka频段隔板圆极化器12-3轴线中点到圆柱形转子12轴线中点连线的夹角为120°。

进一步的，所述Ku频段收发极化双工器21公共端口和侧臂端口为BJ120标准波导口，直通端口为BJ140标准波导口。

进一步的，所述的圆柱形转子12的外表面与定筒的内壁之间的间隙小于等于2mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明采用Ku/Ka双频段切换开关实现Ku、Ka两个工作频段之间的切换，整个馈源网络只需连接一个双频共用喇叭馈源即可实现Ku/Ka双频段分时复用功能，切换自动化程度高，切换速度快，结构极其紧凑，效率更高，成本更低。

本发明采用圆柱形定筒和圆柱形转子结构作为Ku/Ka双频段切换开关的主要部件，并通过两个轴承和两个锁紧螺母固定，整体机械结构可靠性高，适用于机载天线等对于振动条件要求苛刻的反射面天线系统

本发明采用Ka频段隔板圆极化器作为实现Ka频段圆极化信号收发的主要器件，不仅结构简单，免于调试，而且具有驻波低、轴比小等特点。Ka频段隔板圆极化器集成于Ku/Ka双频段切换开关内部，结构更加紧凑。

本发明采用步进电机用于实现频段切换和线极化跟踪，结构简单，精度高，伺服控制容易。

本发明采用旋转Ku频段收发极化双工器的方式实现Ku频段收发线极化信号的极化跟踪，避免了旋转180°移相器等方式所引入的相位差影响，Ku频段收发线极化信号交叉极化鉴别度更好，交叉极化优于35dB。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的Ku/Ka双频段切换开关的结构图。

图3是本发明的Ku/Ka双频段切换开关的结构分解图。

图4是本发明的Ku/Ka双频段切换开关的上视图。

图5是本发明的Ku/Ka双频段切换开关的下视图。

图6是本发明的定筒的结构图。

图7是本发明的后盖板结构分解图。

图8是本发明的圆柱形转子的结构图。

图9是本发明的圆柱形转子的结构分解图。

图10是本发明中第一分块的结构图。

图11是本发明中第二分块的结构图。

图12是本发明的Ka频段隔板圆极化器的结构图

图13是本发明的Ku频段线极化收发两端口馈源网络的结构图。

附图标记说明：Ku/Ka双频段切换开关-1、Ku频段线极化收发两端口馈源网络-2、前盖板11-1、定筒—11-2、后盖板11-3、动波导11-4、法兰11-5、轴承11-6、轴承盖板11-7、锁紧螺母—14、转子轴承13

圆柱形转子12、第一分块12-1、第二分块12-2、Ka频段隔板圆极化器12-3、驱动电机12-4、齿轮12-5和电机盖板12-6；

Ku频段收发极化双工器-21、Ku频段阻发滤波器-22、Ku频段L形旋转关节-23、步进电机-24、驱动齿轮-25、电机支撑-26；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示本发明为一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，本发明由依次连接的Ku/Ka双频段切换开关1和Ku频段线极化收发两端口馈源网络2复合而成。

如图2、图3所示，所述Ku/Ka双频段切换开关1包括转子壳体、圆柱形转子，所述的转子壳体包括定筒11-2、前盖板11-1、后盖板11-3，前盖板11-1和后盖板11-3分别封装固定在定筒的两端，所述前盖板11-1、定筒和后盖板11-3连接后，前盖板11-1上所开的圆波孔与后盖板11-3上所开波导孔同心，圆柱形转子12与定筒共轴且位于定筒内部，圆柱形转子12通过上下两个转子轴承13和锁紧螺母14配装在定筒内，使得圆柱形转子12可在定筒内定轴旋转，圆柱形转子12的前端面与前盖板11-1间、圆柱形转子12的后端面与后盖板11-3间均有0.2mm的空间间隙，所述的圆柱形转子(12)的外表面与转子壳体的内壁之间的间隙小于等于2mm。

如图4、图5所示，所述前盖板11-1上加工有圆波导端口，后盖板11-3上亦加工有圆波导端口，所述的后盖板11-3的圆波导端口与前盖板11-1的圆波导端口正对，在后盖板上还加工有两个方形波导口，两个方形波导端口分别为BJ220和BJ320标准波导端口；

如图4、图5、图6、图7所示，所述转子壳体的后盖板的圆波导端口内安装有轴承11-6、轴承11-6内装有动波导11-4，通过轴承盖板11-7将轴承11-6和动波导11-4固定在后盖板11-3上，在该圆波导端口处还连接法兰11-5以组成旋转机构。

如图6所示，在定筒内加工有齿圈。

如图9、图10所示，所述的圆柱形转子12由第一分块12-1、第二分块12-2、Ka频段隔板圆极化器12-3、驱动电机12-4、齿轮12-5和电机盖板12-6组成，圆柱形转子12为由第一分块12-1和第二分块12-2拼接固定组成的柱状体，第一分块12-1和第二分块12-2由螺钉连接固定，所述的第一分块12-1内设有直通的圆波导，且在圆波导两端位于第一分块12-1上加工有扼流槽，第一分块12-1内预留有的容纳腔内设有驱动电机12-4及齿轮12-5组合，驱动电机12-4通过电机盖板12-6与后盖板相连，齿轮12-5穿过过圆柱形转子12上所预留的豁口与定筒的内壁上所预留的齿轮圈相啮合，驱动电机12-4驱动圆柱形转子12相对于定筒作定轴的圆周转动，在第一分块12-1和第二分块12-2组合后二者接触面处所预留的槽体内刚好可以容纳Ka频段隔板圆极化器12-3。

如图9、图3、图2所示，所述的圆波导的中轴线与圆柱形转子12的中轴线相平行，所述的圆波导的一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器12-3的公共口与圆柱形转子12的前端面相齐平，所述的圆波导的另一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器12-3的支路端口与圆柱形转子12的后端面相齐平，与Ka频段隔板圆极化器12-3的两个支路端口分别为BJ220和BJ320标准波导端口，所述的圆波导的中心点、Ka频段隔板圆极化器12-3公共端口的中心点、所述的转子壳体的两端面上开有的波导口的中心点的投影点皆位于同一正圆上。

如图3、图11、图10所示，Ka频段隔板圆极化器12-3两个输出端口分别与第一分块12-1后端面的两个方形波导口对齐，第一分块12-1和第二分块12-2前端面上位于Ka频段隔板圆极化器的公共端口处分别一一对应的开有两个半边扼流槽，该两个扼流槽刚好组成一个完整的扼流槽，在第一分块12-1上还加工有用于减重的减重槽12-1，用于Ka频段隔板圆极化器12-3公共端口的扼流。上述第一分块12-1中的的圆波导的轴线到圆柱形转子12的轴线的距离与Ka频段隔板圆极化器12-3轴线到圆柱形转子12轴线的距离相等，

圆波导的轴线中点到圆柱形转子12轴线中点的连线与Ka频段隔板圆极化器12-3轴线中点到圆柱形转子12轴线中点连线的夹角为120°。

如图13所示，所述Ku频段线极化收发两端口馈源网络2由Ku频段收发极化双工器21、Ku频段阻发滤波器22、Ku频段L形旋转关节23、极化驱动步进电机24、驱动齿轮25和电机支撑26组成，Ku频段收发极化双工器21与所述定筒的后盖板11-3处的旋转关节机构连接，Ku频段收发极化双工器21的公共端口与上述的动波导11-4相接，Ku频段收发极化双工器21的侧壁端口连接Ku频段阻发滤波器22，Ku频段收发极化双工器21的直通端口连接Ku频段L形旋转关节23，Ku频段L形旋转关节23的动波导法兰为带协动齿轮的圆形法兰。极化驱动步进电机24由电机支撑26与定筒的后盖板11-3连接，极化驱动步进电机24上安装的驱动齿轮25与Ku频段L形旋转关节23动波导法兰上的协动齿轮啮合，极化驱动步进电机24可驱动Ku频段收发极化双工器21绕自身轴线作±90°旋转。

如图13所示，所述的Ku频段收发极化双工器21的侧臂端口为BJ120标准波导口，Ku频段收发极化双工器21的直通端口为BJ140标准波导口。

以下结合附图对本发明的运行进行说明：

当Ku/Ka双频段分时复用馈源网络需要工作于Ka频段接收：19.6GHz～21.2GHz，发射29.4GHz～31GHz时，所述驱动电机12-4带动齿轮12-5旋转，并沿着齿轮圈行走，以使得圆柱形转子12相对于定筒作定轴的圆周转动，当到达设定角度时，Ka频段隔板圆极化器12-3的公共端口与定筒的前盖板11-1上的波导口重合，圆柱形转子12后端面上的BJ220、BJ320标准波导端口分别与定筒的后盖板11-3上的BJ220、BJ320标准波导端口重合，0.2mm的空间间隙和各个端口的扼流槽保证了传输的低驻波和低损耗，这种状态下，即可实现对于Ka频段圆极化信号的收发功能。

当Ku/Ka双频段分时复用馈源网络需要工作于Ku频段接收：12.25GHz～12.75GHz，发射：14GHz～14.5GHz时，所述驱动电机12-4驱动圆柱形转子12相对于定筒作定轴的圆周转动，当到达设定角度时，圆柱形转子12的第一分块12-1内的直通的圆波导与前盖板11-1上的圆波导端口以及后盖板11-3上设有的动波导重合，0.2mm的空间间隙和两个端口的扼流槽保证了传输的低驻波和低损耗，Ku频段线极化信号能够直通进入Ku频段收发极化双工器，实现对于Ku频段线极化信号的收发功能，极化驱动步进电机24驱动Ku频段收发极化双工器21绕自身轴线作±90°旋转，实现对于线极化信号的极化自动跟踪能力。

本发明采用Ku/Ka双频段切换开关1作为实现Ku/Ka双频段分时复用的关键器件，不仅结构紧凑，可靠性高，而且切换迅速。

本发明采用Ka频段隔板圆极化器12-3作为实现Ka频段收发功能的馈源网络，不仅结构紧凑、驻波低、轴比小，而且免于调试。

本发明采用Ku频段收发极化双工器21、Ku频段阻发滤波器22作为实现Ku频段收发功能的馈源网络，利用极化驱动步进电机24驱动Ku频段收发极化双工器21绕自身轴线作±90°旋转，实现对于线极化信号的极化自动跟踪能力，交叉极化优于35dB。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：

包括依次相接且相复合在一起的Ku/Ka双频段切换开关(1)和Ku频段线极化收发两端口馈源网络(2)组成；

所述的Ku/Ka双频段切换开关(1)包括圆柱形转子(12)和用于容纳圆柱形转子(12)的转子壳体(11)，圆柱形转子(12)同轴设置在转子壳体(11)内，在转子壳体(11)的前盖板(11-1)和后盖板(11-3)上各开有一个圆波导口，两个圆波导口位置正对；

所述的圆柱形转子(12)内嵌入有圆波导、Ka频段隔板圆极化器(12-3)和驱动电机(12-4)，所述的驱动电机(12-4)上配装有齿轮(12-5)，该齿轮(12-5)穿过圆柱形转子(12)圆柱形外表面上所预留的长条形豁口与转子壳体(11)的圆柱形内壁上所预留的齿轮圈相啮合，圆波导的中轴线与圆柱形转子(12)的中轴线相平行，所述的圆波导的一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器(12-3)的公共口与圆柱形转子(12)的前端面相齐平，所述的圆波导的另一端的波导端口和Ka频段隔板圆极化器(12-3)的支路端口与圆柱形转子(12)的后端面相齐平，转子壳体的后盖板(11-3)上与Ka频段隔板圆极化器(12-3)的支路端口相对应的位置上预留有两个矩形波导口，两个矩形波导口与Ka频段隔板圆极化器(12-3)的支路端口口径相同；所述的圆波导的中心点、Ka频段隔板圆极化器(12-3)公共端口的中心点、所述的转子壳体的两端面上开有的圆波导口的圆心的投影点皆位于同一正圆上，所述的Ku频段线极化收发两端口馈源网络(2)的公共口与后盖板(11-3)上开有的圆波导端口相对接。

2.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述的Ku频段线极化收发两端口馈源网络(2)由Ku频段收发极化双工器(21)、Ku频段阻发滤波器(22)及Ku频段L形旋转关节(23)组成，Ku频段收发极化双工器(21)的公共端口与后盖板(11-3)上的圆波导端口相接通，Ku频段收发极化双工器(21)的侧臂端口连接Ku频段阻发滤波器(22)，Ku频段收发极化双工器(21)的直通端口连接Ku频段L形旋转关节(23)，在L形旋转关节(23)上配装有协动齿轮。

3.根据权利要求2所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述的Ku频段收发极化双工器(21)的公共端口通过动波导(11-4)与后盖板(11-3)的波导口相接通，动波导(11-4)配装在后盖板(11-3)的波导口内，在后盖板(11-3)上固定安装有一步进电机(24)，步进电机(24)上配装的驱动齿轮(25)与协动齿轮相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：还包括轴承(11-6)、轴承盖板(11-7)，所述的轴承(11-6)嵌入至后盖板的波导口内，动波导(11-4)插入至轴承(11-6)中，所述的轴承(11-6)及动波导(11-4)通过轴承盖板(11-7)固定在转子壳体的后盖板上。

5.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述圆柱形转子(12)由第一分块(12-1)、第二分块(12-2)组成，第一分块(12-1)内设有用于固定驱动电机(12-4)的容纳腔，在第一分块内设有圆波导，所述的第一分块(12-1)和第二分块(12-2)的接触面处开有刚好可以组成用于容纳Ka频段隔板圆极化器(12-3)的槽体。

6.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：在圆波导的两个波导端口及圆极化器(12-3)的公共口和支路端口处都开有扼流槽。

7.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述Ka频段隔板圆极化器(12-3)两个支路端口中的其中一个输出端口为BJ220标准波导接口，另外一个输出端口为BJ320标准波导接口。

8.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述圆波导的轴线到圆柱形转子(12)的轴线的距离与Ka频段隔板圆极化器(12-3)轴线到圆柱形转子(12)轴线的距离相等；圆波导的轴线中点到圆柱形转子(12)轴线中点的连线与Ka频段隔板圆极化器(12-3)轴线中点到圆柱形转子(12)轴线中点连线的夹角为120°。

9.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于:所述Ku频段收发极化双工器(21)公共端口和侧臂端口为BJ120标准波导口，直通端口为BJ140标准波导口。

10.根据权利要求1所述的一种Ku/Ka双频段分时复用馈源网络，其特征在于：所述的圆柱形转子(12)的外表面与转子壳体的内壁之间的间隙小于等于2mm。