CN108321548B - Ku频段小型化极化旋转机构组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了Ku频段小型化极化旋转机构组件，属于通信领域，其包括用于调整信号极化匹配的旋转机构和用于传递信号的旋转关节，所述的旋转机构包括作为转子的中心波导和作为定子的定筒，中心波导活动配装定筒的内腔中，中心波导的侧壁上固连有转子匹配块，位于定筒的内壁上固连有定子匹配块，转子匹配块与定子匹配块之间封闭出沿着中心波导的外周成圆环形延伸的侧波导通道，所述的侧波导通道的两端分别与中心波导上预留的信号输入耦合口和定筒上预留的信号收发侧端口相接通，通过改变转子匹配块与定子匹配块之间的角度改变侧波导通道的极化角度；本发明采用的方式为旋转馈源网络内部的极化分离器，达到天线的极化与外部信号极化匹配，由于转动的极化分离器尺寸小，减少旋转机构复杂度，驱动旋转的伺服电机变小。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信、卫星广播、以及电子侦收信号等领域中的Ku频段小型化极化旋转机构组件，特别适用于对结构尺寸要求小型化、对电气性能要求可靠性高以及多频段共用等天线上，尤其适用在车载天线、船载天线、机载天线等方面使用。
背景技术
随着现代通信技术的快速发展，对卫星通信系统的小型化设计需求越来越强烈，这也就导致对天线结构尺寸提出更多的小型化要求，为了保证在小型化载体上能够安装上天线，必然对天线系统提出体积小、重量轻的要求，还要求天线具备良好的电气特性。因此，越来越多的专家学者和天线设计工程师们致力于开发出具备良好工作特性的小型化天线。
为了能够设计出小型化天线，天线馈源网络作为天线的心脏，天线馈源网络一般都安装在主面板中心位置的前端或者后端。因此，在保证电气性能不受影响的前提下，馈源网络更是需要小型化设计，也可以认为天线的馈源网络尺寸大小决定了天线结构尺寸大小。为了提高卫星资源的利用率，卫星信号都是采用频谱复用，对于常规的天线一般都有线极化功能，卫星信号也是线极化，为了减少天线接收极化与卫星入射波极化或者天线发射波极化与卫星接收极化的极化损失，就需要天线的极化与卫星信号的极化匹配，卫星信号的极化角度是固定，这就要求天线具备调整极化角度的功能，调整天线的极化角度与相对应得的卫星信号极化匹配。
目前大多数天线实现调整极化角度的功能采用以下两种方法：第一种方法是带动整个馈源网络一起转动达到调整极化角度，第二方法是馈源不转动，在馈源与微波网络之间增加一个直通旋转关节，只转动微波网络转动达到调整极化角度。但是，这两种调整极化角度方法也有它们自身的缺点，缺点一为由于整个馈源网络一起转动以至于安装的馈源网络结构复杂并且大，需要更大伺服电机来驱动，缺点二为由于接收频段的低噪放大器与馈源网络连成一体进行旋转，其低噪放大器的供电及信号电缆缠绕更加复杂，并且需要占用一定的缠绕空间，缺点三由于低噪放大器的供电及信号电缆经常进行缠绕，其性能可靠性变差。
因此，为了解决上述天线极化角度调整机构的缺点，根据实际需求研制出此小型化极化旋转机构组件。此小型化极化旋转机构组件方式也可以适用于多频段馈源网络尺寸更加紧凑、成本低、性能可靠性更高等优点。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处或者对背景技术上进行了深入的研究，本发明提供一种馈源网络外部结构不转动，在只转动馈源网络内部结构情况下，实现天线信号的极化与卫星信号的极化相匹配的装置，且本发明馈源网络的电气性能指标与其他常规的馈源网络的的电气性能指标没有差别，馈源网络在工作频段内具有电压驻波比小、插入损耗低等特点。
本发明的目的是这样实现的：
Ku频段小型化极化旋转机构组件，其包括用于调整信号极化匹配的旋转机构和用于传递信号的旋转关节5-3，所述的旋转机构包括作为转子的中心波导5-1和作为定子的定筒5-2，中心波导活动配装定筒的内腔中；
中心波导的侧壁上固连有转子匹配块，位于定筒的内壁上固连有定子匹配块，转子匹配块与定子匹配块之间封闭出沿着中心波导的外周成圆环形延伸的侧波导通道，所述的侧波导通道的两端分别与中心波导上预留的信号输入耦合口和定筒上预留的信号收发侧端口相接通，通过改变转子匹配块与定子匹配块之间的角度改变侧波导通道的极化角度；
中心波导的顶端预留有公共端口，中心波导底端的直端口与旋转关节的波导端口相接通。
进一步的，中心波导的外壁设置开有波导槽体，位于波导槽体的一端设置有转子匹配块，定子匹配块位于波导槽体的另一端，定筒封闭波导槽体的顶面，定子匹配块和转子匹配块封闭波导槽体的两端以形成侧波导通道，输入耦合口与转子匹配块相对，信号收发侧端口与定子匹配块相对。
进一步的，转子匹配块为具有阶梯凸台的的凸块，转子匹配块的阶梯凸台与输入耦合口正对。
进一步的，定子匹配块为具有阶梯凸台的的凸块，定子匹配块的阶梯凸台与侧端口正对。
进一步的，旋转关节具有两个波导端口，旋转关节的两个波导端口之间形成直通道或者旋转关节的两个波导端口之间形成弯通道。
进一步的，所述的中心波导与定筒之间上下各设有一轴承，保持中心波导可沿着定筒中心自由回转。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1. 本发明采用了Ku侧口旋转矩形波导馈线长度可变的方式，既解决了低噪放大器的供电及信号电缆经常进行缠绕问题，又成功的解决了在转动过程中影响了电磁信号，使得天线的电气性能更加可靠性稳定。
2. 本发明安装在天线上既实现了对ku频段线线极化信号具有增益高、旁瓣低、低交叉极化、低电压驻波比等优良性能。
3. 本发明采用的极化匹配方式，可以缩小了馈源网络装置的结构尺寸，尤其是在多频段馈源上使用结构尺寸的紧凑型更加明显，使得天线结构更简洁，加工成本低。
附图说明
图1是本发明主视图。
图2是本发明轴视图
图3是本发明半剖图。
图4是本发明径向半剖图。
附图标记：中心波导5-1、定筒5-2、旋转关节5-3、信号输入耦合口5-4、信号收发侧端口5-5、转子匹配块5-6、侧波导通道5-7。
具体实施方式
下面，结合图1至图4对本发明作进一步说明。
实施例1，如图1-4所示，提供了一种Ku频段小型化极化旋转机构组件，包括用于调整信号极化匹配的旋转机构和用于传递信号的旋转关节5-3，所述的旋转机构包括作为转子的中心波导5-1和作为定子的定筒5-2，中心波导活动配装定筒的内腔中；
中心波导的外壁设置开有波导槽体，位于波导槽体的一端设置有转子匹配块，定子匹配块位于波导槽体的另一端，定筒包覆在中心波导外以封闭波导槽体的顶面，转子匹配块固连在中心波导的侧壁上，定子匹配块固连在定筒的内壁，沿着波导槽体转子匹配块与定子匹配块之间封闭出沿着中心波导的外周成圆环形延伸的侧波导通道，所述的侧波导通道的两端分别与中心波导上预留的信号输入耦合口和定筒上预留的信号收发侧端口相接通，通过改变转子匹配块与定子匹配块之间的角度改变侧波导通道的极化角度，输入耦合口与转子匹配块相对，信号收发侧端口与定子匹配块相对，输入耦合口为开设在中心波导上的信号输出端口，信号收发侧端口为定筒上开设的用于向外输出信号的信号输出端口。
其转子为一个极化分离双工器，通过转动转子，改变侧端口和直端口的极化角度，使得Ku频段极化旋转机构组件的侧端口和直端口与来波信号极化角度相同，起到了与接收或者发射的卫星信号极化相匹配的作用。
中心波导的顶端预留有公共端口，中心波导底端的直端口与旋转关节的波导端口相接通。
为保持增益，转子匹配块为具有阶梯凸台的的凸块，转子匹配块的阶梯凸台与输入耦合口正对，定子匹配块为具有阶梯凸台的的凸块，定子匹配块的阶梯凸台与侧端口正对。
旋转关节具有两个波导端口，旋转关节的两个波导端口之间形成直通道或者旋转关节的两个波导端口之间形成弯通道，旋转关节以中心波导的轴中心按照一定的半径，随着旋转角度范围的变化其走线槽长度也随之变化。此旋转角度范围可以从0°至220°，也可以在优化结构的情况下使得转动范围更大些。
为保证良好的回转效能，所述的中心波导与定筒之间上下各设有一轴承，保持中心波导可沿着定筒中心自由回转。
以下对本发明的使用机理进行说明：
在使用过程中根据不同频段功率的需求，从而转动定筒5-2带动定子匹配块旋转改变侧波导通道的长度和角度经信号收发侧端口向外输出，改变了侧波导通道的物理特征从而改变输出信息的频率，使其符合卫星要求。
实测结果表明，在Ku频段馈源网络接收频率为12.25~12.75GHz，发射频率为14~14.5GHz，方向图旋转对称的辐射方向图，第一旁瓣小于-14dB、交叉极化电平小于-34dB，电压驻波比小于1.3等其他电气性能良好，达到了设计要求。
Claims (4)
1.Ku频段小型化极化旋转机构组件，其特征在于：包括用于调整信号极化匹配的旋转机构和用于传递信号的旋转关节(5-3)，所述的旋转机构包括作为转子的中心波导(5-1)和作为定子的定筒(5-2)，中心波导活动配装定筒的内腔中；
中心波导的侧壁上固连有转子匹配块，位于定筒的内壁上固连有定子匹配块，转子匹配块与定子匹配块之间封闭出沿着中心波导的外周成圆环形延伸的侧波导通道(5-7)，所述的侧波导通道的两端分别与中心波导上预留的信号输入耦合口(5-4)和定筒上预留的信号收发侧端口(5-5)相接通，通过改变转子匹配块与定子匹配块之间的角度改变侧波导通道的极化角度；
中心波导的顶端预留有公共端口，中心波导底端的直端口与旋转关节的波导端口相接通；
旋转关节具有两个波导端口，旋转关节的两个波导端口之间形成直通道或者旋转关节的两个波导端口之间形成弯通道；
中心波导的外壁设置开有波导槽体，位于波导槽体的一端设置有转子匹配块(5-6)，定子匹配块位于波导槽体的另一端，定筒封闭波导槽体的顶面，定子匹配块和转子匹配块封闭波导槽体的两端以形成侧波导通道，输入耦合口与转子匹配块相对，信号收发侧端口与定子匹配块相对。
2.根据权利要求1所述的Ku频段小型化极化旋转机构组件，其特征在于：转子匹配块为具有阶梯凸台的凸块，转子匹配块的阶梯凸台与输入耦合口正对。
3.根据权利要求2所述的Ku频段小型化极化旋转机构组件，其特征在于：定子匹配块为具有阶梯凸台的凸块，定子匹配块的阶梯凸台与侧端口正对。
4.根据权利要求1所述的Ku频段小型化极化旋转机构组件，其特征在于：所述的中心波导与定筒之间上下各设有一轴承，保持中心波导可沿着定筒中心自由回转。
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