CN107026317B - S/X/Ka三频馈源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种S/X/Ka三频馈源，包括X/Ka双频段馈源喇叭和设置在其外围的S频段馈源喇叭，S频段馈源的四个切角喇叭所接收的射频信号经各自的极化器分离左、右旋圆极化信号，然后通过合成网络形成S频段的左右旋圆极化的和路和差路信号；X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号通过X/Ka双频段馈线网络中的X/Ka共用波导、X/Ka分波器、X跟踪器、移相器、X正交器形成X频段的左右旋圆极化的和路和差路射频信号；X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号通过X/Ka双频段馈线网络中的X/Ka共用波导、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器形成Ka频段的左右旋圆极化的和路和差路射频信号；通过本发明能够实现S/X/Ka三频馈源在整个工作频段内具有高增益、高极化鉴别率、低旁瓣等特性。
Description
技术领域
本发明涉及遥感卫星数据接收系统馈源技术领域，更为具体地，涉及一种S/X/Ka三频馈源。
背景技术
在遥感卫星数据接收系统中，馈源作为天线的初级辐射器，是天线的心脏，是不可或缺的部件，其性能直接影响着整个地面数据接收系统的性能。随着对地观测技术及遥感应用需求的发展，对遥感卫星地面数据接收系统的要求也越来越高，更宽频段、更高频率、双频或多频共用技术已成为新的技术发展趋势。
用于接收高码速率、低轨遥感卫星的馈源需具有宽的工作带宽、高增益、高极化鉴别率和高跟踪精度等能力，同时需具备多频共用以满足多星接收，提高地面接收系统的利用率的需求。目前，对遥感卫星数据普遍采用S/X频段进行下传，而相应的地面数据接收系统也基于S/X频段来建设，高性能、多频段、宽频带、低轴比的S/X/Ka三频自跟踪馈源研制的技术难度较大，如何保证馈源所有频段满足工程技术是一个关键技术。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种S/X/Ka三频馈源，以解决现有的馈源无法满足遥感卫星数据接收系统的Ka频段低轨卫星接收需求的问题。
本发明提供一种S/X/Ka三频馈源，包括X/Ka双频段馈源喇叭、X/Ka双频段馈线网络和S频段馈源喇叭和S频段馈线网络，S频段馈源喇叭包括四个切角喇叭，四个切角喇叭设置在X/Ka双频段馈源喇叭的外围；其中，S频段馈线网络包括四个极化器和S频段馈源合成网络，每个切角喇叭均各自与一个极化器相连，四个切角喇叭所接收的射频信号经过各自的极化器分离出左、右旋圆极化信息，然后通过S频段馈源合成网络形成S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号；X/Ka双频段馈线网络包括X/Ka共用波导、X跟踪器、移相器、X正交器、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器；其中，通过X/Ka共用波导将X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号过渡至X/Ka分波器，X跟踪器从X/Ka共用波导中提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，Ka跟踪器经X/Ka分波器后提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号；经X/Ka分波器分离的X频段的和路射频信号经过移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号；经X/Ka分波器分离的Ka频段的和路射频信号经过Ka极化器实现圆极化后，通过Ka正交器将实现圆极化的Ka频段的和路射频信号分离成Ka频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
其中，X/Ka双频段馈源喇叭采用单喷口小张角波纹喇叭，四个切角喇叭分布在单喷口小张角波纹喇叭的外围，每个切角喇叭加切角补偿段分别与各自的极化器相连。
其中，S频段馈源合成网络采用带状线形式，通过宽带魔T和电桥组合分别输出S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号。
其中，X跟踪器采用单排八孔TE21模耦合器与组合魔T提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号。
其中，在单排八孔TE21模耦合器与组合魔T之间设置有群岛式低通滤波器，低通滤波器用于抑制Ka频段的和路和差路射频信号进入X跟踪器内。
其中，Ka跟踪器采用八臂多孔跟踪器提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号。
其中，X/Ka分波器采用四路对称式分波器。
其中，经X/Ka分波器分离的X频段的和路射频信号经过正负45度波导移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
利用上述根据本发明提供的S/X/Ka三频馈源，能够实现S/X/Ka三频馈源在整个工作频段(S频段工作频率为2.0GHz～2.4GHz，X频段工作频率为7.95GHz～8.95GHz，Ka频段工作频率为25GHz～27.5GHz)内具有高增益、高极化鉴别率和低旁瓣等特性，使馈源和遥感卫星数据接收系统具备更宽频段、更高频率和多频共用的能力，从而满足遥感卫星数据接收系统地多星接收需求，进而提高遥感卫星数据接收系统的利用率。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的S/X/Ka三频馈源的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的S/X/Ka三频馈源的逻辑结构框图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
针对前述现有的馈源无法满足遥感卫星数据接收系统的多星接收需求的问题，本发明采用五喇叭组合馈源结构，其中间为X/Ka双频段馈源喇叭，在X/Ka双频段馈源喇叭的外围设置四个切角喇叭作为S频段馈源喇叭，每个切角喇叭均各自与一个极化器相连，四个切角喇叭所接收的射频信号经过各自的极化器分离出左、右旋圆极化信号，然后通过S频段馈源合成网络形成S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号；X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号通过X/Ka双频段馈线网络中的X/Ka共用波导、X/Ka分波器、X跟踪器、移相器、X正交器形成X频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号；X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号通过X/Ka双频段馈线网络中的X/Ka共用波导、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器形成Ka频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号；通过本发明能够实现S/X/Ka三频馈源在整个工作频段内(S频段工作频率为2.0-2.4GHz，X频段工作频率为7.95GHz-8.95GHz，Ka频段工作频率为25GHz-27.5GHz)具有高增益、高极化鉴别率、低旁瓣等特性，从而使馈源以及遥感卫星数据接收系统具备更宽频段、更高频率、多频共用的能力，进而满足遥感卫星数据接收系统的多星接收需求，提高遥感卫星数据接收系统的利用率。
为说明本发明提供的S/X/Ka三频馈源，图1示出了根据本发明实施例的S/X/Ka三频馈源的结构，图2示出了根据本发明实施例的S/X/Ka三频馈源的逻辑结构。
如图1和图2所示，本发明提供的S/X/Ka三频馈源包括X/Ka双频段馈源喇叭、X/Ka双频段馈线网络和S频段馈源喇叭和S频段馈线网络，S频段馈源喇叭包括四个切角喇叭，该四个切角喇叭设置在X/Ka双频段馈源喇叭的外围；其中，S频段馈线网络包括四个极化器和S频段馈源合成网络，每个切角喇叭均各自与一个极化器相连，四个切角喇叭所接收的射频信号经过各自的极化器分离出左、右旋圆极化信号，然后通过S频段馈源合成网络形成S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号。
X/Ka双频段馈线网络包括X/Ka共用波导、X跟踪器、移相器、X正交器、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器；其中，通过X/Ka共用波导将X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号过渡至X/Ka分波器，X跟踪器从X/Ka共用波导中提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，Ka跟踪器经X/Ka分波器后提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号。
经X/Ka分波器分离的X频段的和路射频信号经过移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号；经X/Ka分波器分离的Ka频段的和路射频信号经过Ka极化器实现圆极化后，通过Ka正交器将实现圆极化的Ka频段的和路射频信号分离成Ka频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
具体地，S/X/Ka三频馈源采用五喇叭组合馈源体制，中间为X/Ka双频段馈源喇叭，其采用单喷口小张角波纹喇叭，S频段馈源采用四个切角喇叭，该四个切角喇叭分布在单喷口小张角波纹喇叭的外围，每个切角喇叭加切角补偿段分别与各自的极化器相连。需要说明的是，在图1所示的结构中，X/Ka代表X/Ka双频段馈源喇叭，S1、S2、S3和S4分别代表设置在X/Ka双频段馈源喇叭外围的四个切角喇叭。
由于要在整个X/Ka频段内实现低轴比，同时确保高增益、低旁瓣性能，馈源喇叭种类的选择和优化设计是关键。波纹喇叭因具有频带宽、交叉极化分量低、电压驻波比好、在整个使用带宽内近于不变的旋转对称的波束宽度等优良性能而成为首选。一般设计的波纹喇叭其纵向和横向尺寸均大于所采用的光壁圆锥喇叭，由于在它的外围紧密排列着四个S频段的切角喇叭，如果尺寸变化较大，为避免二次遮挡效应，势必要减少外围喇叭的尺寸，从而影响到S波段的整体性能。因此，X/Ka双频段馈源喇叭采用单槽深小张角波纹喇叭。
具体地，每个切角喇叭所接收的射频信号通过各自的极化补偿波导和各自的S隔板极化器分离出左、右旋圆极化信号，最后通过S频段馈源合成网络将四个S隔板极化器所分离出的左、右旋圆极化信号进行合成，以形成S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号。
X/Ka双频段馈源喇叭采用单喷口小张角波纹喇叭，X/Ka双频段馈线网络由X/Ka共用波导、X跟踪器、移相器、X正交器、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器组成。其中，X跟踪器采用单排八孔TE21模耦合器与组合魔T提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，以提供给后续的差路变频器使用。X频段的和路射频信号由X/Ka分波器分离之后，通过正负45度波导移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
由于X频段采用单排八孔TE21模耦合器与组合魔T产生X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，与多孔跟踪器相比，单孔跟踪器可以非常方便的在跟踪支路的耦合孔外添加低通滤波器，以抑制Ka频段的和、差信号进入X频段跟踪器的差网络内。也就是说，在单排八孔TE21模耦合器与组合魔T之间设置有群岛式低通滤波器，该低通滤波器用于抑制Ka频段的和路和差路射频信号进入X跟踪器内。但是，对于X频段，单孔跟踪器仅有一个耦合孔，它对于X频段的主模和跟踪模式的耦合度差距并不明显，因此，在耦合主模信号的同时，必然耦合一定量的和模信号，从而产生较大的X频段和模损失，增大X/Ka频段馈源的损耗，增大天线X频段噪声温度，降低天馈系统G/T值。因此，通过优化设计耦合孔相关尺寸，降低了跟踪器耦合孔对于X频段主模的耦合度，使耦合损失控制到系统G/T值余量的容许范围内；同时，在X跟踪器与魔T之间设置群岛式低通滤波器以抑制X跟踪器对Ka频段的影响。
Ka跟踪器采用八臂多孔跟踪器提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，Ka频段的和路射频信号由Ka极化器实现圆极化，然后采用圆波导Ka正交器将两正交的圆极化射频信号分离出来，形成Ka频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
需要说明的是，在本发明中，X/Ka分波器是X/Ka双频馈源分波技术中的核心器件，其设计形式和技术性能指标直接决定了双频馈源的功能实现和技术性能，分波的优化设计可使X和Ka频段得到有效分离，两频段虽然处于一个单喷口馈源网络内，但相互并不影响。
具体地，X/Ka分波器采用四路对称式分波器，并对波纹喇叭、分波器的张角及耦合孔、滤波器进行综合优化设计，控制X、Ka频段的高次模式的影响，抑制有害高次模式，控制固有高次模式，利用有利高次模式，大大降低了极化器前的交叉极化分量，使两频段的轴比，尤其Ka频段的轴比性能得到有效提升。
为实现低的圆极化轴比，必须采用高性能的移相器件。微波器件的性能是设计、加工、安装、调试等多个环节共同作用的结果。高性能移相器的设计在综合分析技术需求、各类移相器的性能及加工、安装、调试等因素后，X频段采用具有优秀幅度-相位-频率响应且环境适应性良好的正负45度波导移相器，Ka频段采用波纹波导和台阶组合式移相器，该移相器具有优秀的幅度-相位-频率响应和环境适应性。
正交器完成公共端口中两个相互正交的线极化信号的分离，并将它们传给相互正交的两个单一模式的信号端口。
进一步地，S频段馈源合成网络采用带状线形式，通过宽带魔T和3dB电桥组合分别输出S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号。其中，S频段馈源合成网络的外壳采用金属盘，带状线内导体全部包容其中，从而可以大大缩小合成网络的物理尺寸，同时也减少不必要的电缆连接。
通过上述可知，本发明能够使得接收高码速率、低轨遥感卫星的馈源具有多频段、宽频带、高增益、高极化鉴别率和高跟踪精度等技术性能，满足对地观测卫星数据地面接收系统的馈源设计要求。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的S/X/Ka三频馈源。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的S/X/Ka三频馈源，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (8)
1.一种S/X/Ka三频馈源，包括X/Ka双频段馈源喇叭、X/Ka双频段馈线网络和S频段馈源喇叭和S频段馈线网络，所述S频段馈源喇叭包括四个切角喇叭，所述四个切角喇叭设置在所述X/Ka双频段馈源喇叭的外围；其中，
所述S频段馈线网络包括四个极化器和S频段馈源合成网络，每个切角喇叭均各自与一个极化器相连，四个切角喇叭所接收的射频信号经过各自的极化器分离出左、右旋圆极化信号，然后通过S频段馈源合成网络形成S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号；
所述X/Ka双频段馈线网络包括X/Ka共用波导、X跟踪器、移相器、X正交器、Ka跟踪器、X/Ka分波器、Ka极化器和Ka正交器；其中，
通过所述X/Ka共用波导将所述X/Ka双频段馈源喇叭所接收的射频信号过渡至X/Ka分波器，所述X跟踪器从所述X/Ka共用波导中提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号，所述Ka跟踪器经所述X/Ka分波器后提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号；
经所述X/Ka分波器分离的X频段的和路射频信号经过移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的所述X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号；
经所述X/Ka分波器分离的Ka频段的和路射频信号经过Ka极化器实现圆极化后，通过Ka正交器将实现圆极化的所述Ka频段的和路射频信号分离成Ka频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
2.如权利要求1所述的S/X/Ka三频馈源，其中，
所述X/Ka双频段馈源喇叭采用单喷口小张角波纹喇叭，四个切角喇叭分布在所述单喷口小张角波纹喇叭的外围，每个切角喇叭加切角补偿段分别与各自的极化器相连。
3.如权利要求2所述的S/X/Ka三频馈源，其中，所述S频段馈源合成网络采用带状线形式，通过宽带魔T和电桥组合分别输出S频段的左、右旋圆极化的和路和差路射频信号。
4.如权利要求1所述的S/X/Ka三频馈源，其中，所述X跟踪器采用单排八孔TE21模耦合器与组合魔T提取X频段的左、右旋圆极化的差路射频信号。
5.如权利要求4所述的S/X/Ka三频馈源，其中，在所述单排八孔TE21模耦合器与组合魔T之间设置有群岛式低通滤波器，所述低通滤波器用于抑制Ka频段的和路和差路射频信号进入所述X跟踪器内。
6.如权利要求1所述的S/X/Ka三频馈源，其中，所述Ka跟踪器采用八臂多孔跟踪器提取Ka频段的左、右旋圆极化的差路射频信号。
7.如权利要求1所述的S/X/Ka三频馈源，其中，所述X/Ka分波器采用四路对称式分波器。
8.如权利要求7所述的S/X/Ka三频馈源，其中，经所述X/Ka分波器分离的X频段的和路射频信号经过正负45度波导移相器实现圆极化后进入X和支路，然后通过X正交器将实现圆极化的所述X频段的和路射频信号分离成X频段的左、右旋圆极化的和路射频信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190419 Termination date: 20200310 |