CN108695600B - 一种宽频带圆极化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带圆极化器，属于卫星通信技术领域。其包括两个十字转门接头，每个矩形波导端口处均连接有一个E面90°弯波导，分处两个十字转门接头上的每两个位置对应的E面90°弯波导之间均通过一波导移相器相连，对位的两个波导移相器同为正45°波导移相器或同为负45°波导移相器，邻位的两个波导移相器分别为正45°波导移相器和负45°波导移相器。本发明采用宽带十字转门接头和宽带±45°波导移相器，在超过33%的带宽内使两个正交极化模式的相位差为±90°，具有工作频带宽、电性能优良、结构简单、免调试、可靠性高，适合批量生产的特点。
Description
技术领域
本发明公开了一种宽频带圆极化器，它涉及卫星通信和射电天文天线技术领域，适用于卫星通信和射电天文天线的馈电网络系统。
背景技术
在卫星通信、射电天文等领域，圆极化天线得到了广泛的应用。圆极化器用来将线极化信号转化为圆极化信号，是圆极化天线中的重要部件。随着卫星通信技术和下一代射电天文望远镜技术的发展，宽频带工作的需求越来越迫切。因此，宽频带圆极化器技术是宽带圆极化反射面天线馈源的关键技术之一。
圆极化器是决定天线圆极化性能的主要部件，波导圆极化器在圆极化反射面天线馈源系统中被广泛采用。常用的波导圆极化器型式有螺钉调节型、介质插片型、波纹型、隔板型和脊波导型等。圆波导螺钉极化器是在圆波导管壁内对称插入两排螺钉，螺钉圆极化器的成本低、形式简单、插入损耗小、但调试工作量大，带宽在15%以内。介质插片型极化器是在圆波导内插入介质片，介质插片极化器调试简单，但介质损耗较大，带宽在25%以内。波纹型圆极化器是在圆波导或方波导内加载金属膜片作为移相单元，相对带宽可达到35%，难点主要是对波纹的加工精度和对称度要求高，需要增加调试螺钉微调相位。脊波导圆极化器是在波导轴向加载脊片，带宽特性好，但长度较长。
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而提供一种宽频带圆极化器，其长度较短、体积较小、结构简单、加工成本低，免调试，可灵活缩放用于L至Ka波段，能够满足卫星通信、射电天文和宽带侦察接收等天线宽频带的应用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种宽频带圆极化器，其包括两个正对的十字转门接头，两个十字转门接头的公共端口彼此相背，每个十字转门接头均具有四个矩形波导端口，每个矩形波导端口处均连接有一个E面90°弯波导，分处两个十字转门接头上的每两个位置对应的E面90°弯波导之间均通过一波导移相器相连，对位的两个波导移相器同为正45°波导移相器或同为负45°波导移相器，邻位的两个波导移相器分别为正45°波导移相器和负45°波导移相器。
可选的，所述十字转门接头包括散射匹配单元和公共波导，散射匹配单元的中心与公共波导的中心重合，散射匹配单元位于十字转门接头的内腔底面上。
可选的，所述波导移相器包括矩形波导腔，其中，负45°波导移相器的矩形波导腔内设有E面金属膜片，正45°波导移相器的矩形波导腔内设有H面金属膜片。
可选的，所述E面90°弯波导为切角弯波导或圆弧弯波导。
可选的，所述十字转门接头的散射匹配单元为单一的圆柱、方柱或圆台。
可选的，所述十字转门接头的散射匹配单元为阶梯结构，所述阶梯结构的每一级均为圆柱、方柱或圆台。
可选的，所述十字转门接头的公共波导为圆波导或方波导。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明采用宽带十字转门接头、±45°波导移相器和E面90°弯波导，结构非常简单。其中，十字转门接头为宽带设计，通过调整±45°波导移相器的相位差为90°，可以实现圆极化器的功能。
2、本发明的带宽超过目前大多数圆极化器带宽，且免调试，可靠性高，适合批量生产。
3、本发明具有相对较小的尺寸，不仅可以用于L波段，也可以用于Ka波段。
附图说明
图1是本发明实施例中宽频带圆极化器的一种结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图2中A-A剖面的结构示意图。
图4是图2中B-B剖面的结构示意图。
图5是本发明实施例的两个极化的传输相位差。
图6是本发明实施例的圆极化轴比。
图7是本发明实施例的水平极化反射损耗。
图8是本发明实施例的垂直极化反射损耗。
图中：1-1、第一十字转门接头，1-2、第二十字转门接头，2-1、第一-45°波导移相器，2-2、第二-45°波导移相器，3-1、第一+45°波导移相器，3-2、第二+45°波导移相器，4-1、第一E面90°弯波导，4-2、第二E面90°弯波导，4-3、第三E面90°弯波导，4-4、第四E面90°弯波导，4-5、第五E面90°弯波导，4-6、第六E面90°弯波导，4-7、第七E面90°弯波导，4-8、第八E面90°弯波导，5-1、第一十字转门接头的散射匹配单元，5-2、第二十字转门接头的散射匹配单元，6-1、第一公共波导，6-2、第二公共波导，7、-45°波导移相器的矩形波导腔，8、E面金属膜片，9、+45°波导移相器的矩形波导腔，10、H面金属膜片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步更详细的说明。
一种宽频带圆极化器，其包括两个正对的十字转门接头，两个十字转门接头的公共端口彼此相背，每个十字转门接头均具有四个矩形波导端口，每个矩形波导端口处均连接有一个E面90°弯波导，分处两个十字转门接头上的每两个位置对应的E面90°弯波导之间均通过一波导移相器相连，对位的两个波导移相器同为正45°波导移相器或同为负45°波导移相器，邻位的两个波导移相器分别为正45°波导移相器和负45°波导移相器。
可选的，所述十字转门接头包括散射匹配单元和公共波导，散射匹配单元的中心与公共波导的中心重合，散射匹配单元位于十字转门接头的内腔底面上。
可选的，所述波导移相器包括矩形波导腔，其中，负45°波导移相器的矩形波导腔内设有E面金属膜片，正45°波导移相器的矩形波导腔内设有H面金属膜片。
可选的，所述E面90°弯波导为切角弯波导或圆弧弯波导。
可选的，所述十字转门接头的散射匹配单元为单一的圆柱、方柱或圆台。
可选的，所述十字转门接头的散射匹配单元为阶梯结构，所述阶梯结构的每一级均为圆柱、方柱或圆台。
可选的，所述十字转门接头的公共波导为圆波导或方波导。
具体来说，参见图1～4，一种宽频带圆极化器，其包括第一十字转门接头1-1、第二十字转门接头1-2、第一-45°波导移相器2-1、第二-45°波导移相器2-2、第一+45°波导移相器3-1、第二+45°波导移相器3-2、第一E面90°弯波导4-1、第二E面90°弯波导4-2、第三E面90°弯波导4-3、第四E面90°弯波导4-4、第五E面90°弯波导4-5、第六E面90°弯波导4-6、第七E面90°弯波导4-7、第八E面90°弯波导4-8。
其中，第一十字转门接头 1-1的四个矩形波导端口分别连接第一、二、三、四E面90°弯波导的一个端口，第一、二、三、四E面90°弯波导的另外一个端口按顺序分别与第一-45°矩形波导移相器2-1、第一+45°矩形波导移相器3-1、第二-45°矩形波导移相器2-2、第二+45°矩形波导移相器的一个端口连接3-2，第一-45°矩形波导移相器2-1、第一+45°矩形波导移相器3-1、第二-45°矩形波导移相器2-2、第二+45°矩形波导移相器3-2的另外一个端口与第五、六、七、八E面90°弯波导的一个端口连接，第五、六、七、八E面90°弯波导的另外一个端口分别与第二十字转门接头 1-2的四个矩形端口连接。
使用时，两个正交极化由第一十字转门接头 1-1（或第二十字转门接头 1-2）输入，分别通过-45°矩形波导移相器2-1、2-2和+45°矩形波导移相器3-1、3-2产生90°相位差，在第二十字转门接头 1-2（或第一十字转门接头 1-1）的公共波导中合成圆极化。
所述的第一十字转门接头 1-1和第二十字转门接头 1-2的散射匹配单元5-1、5-2可以是单一的圆柱、方柱或圆台，也可以是由圆柱、方柱或圆台所形成的多级台阶。
所述的第一十字转门接头 1-1和第二十字转门接头 1-2的公共波导6-1、6-2可以是圆波导，也可以是方波导。
所述的第一十字转门接头 1-1和第二十字转门接头 1-2可采用一体加工成形，也可以将波导腔体部分与散射匹配单元分别加工后采用螺丝连接。
所述的-45°矩形波导移相器2-1、2-2包括矩形波导腔7和E面金属膜片8。
所述的+45°矩形波导移相器3-1、3-2包括矩形波导腔9和H面金属膜片10。
所述的E面90°弯波导可以是切角弯波导，也可以是圆弧弯波导。
对上述宽频带圆极化器的电气传输性能进行验证，得到实验数据如下：
图5给出了在频带内两个正交极化波的相位差，可看出在33.3%的带宽内，相位差满足90°±5°。
图6给出了在频带内的相应的圆极化轴比，可看出在33.3%的带宽内，轴比<1dB。
图7给出了在频带内的垂直极化的反射损耗，可看出在33.3%的带宽内，垂直极化反射损耗<-19dB。
图8给出了在频带内的水平极化的反射损耗，可看出在33.3%的带宽内，水平极化反射损耗<-20dB。
本发明的简要工作原理如下：
线极化波可分解为两个等幅同相的线极化波；圆极化波分解为两个幅度相等、相位差为90°的线极化波。当线极化波与圆极化器的两个正交的矩形波导移相器成45°角，由第一十字转门接头（或第二十字转门接头）输入，可分解为两个等幅同相的线极化波，分别通过-45°矩形波导移相器和+45°矩形波导移相器后产生90°相位差，在第二十字转门接头（或第一十字转门接头）的公共波导中合成，形成圆极化。
总之，本发明采用宽带十字转门接头和宽带±45°波导移相器，在超过33%的带宽内使两个正交极化模式的相位差为±90°，具有工作频带宽、电性能优良、结构简单、免调试、可靠性高，适合批量生产的特点。
需要指出的是，以上具体实施方式只是本专利实现方案的具体个例，没有也不可能覆盖本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的限定；凡是与以上案例属于相同构思的实现方案，或是上述若干方案的组合方案，均在本专利的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种宽频带圆极化器，其特征在于：包括两个正对的十字转门接头，两个十字转门接头的公共端口彼此相背，每个十字转门接头均具有四个矩形波导端口，每个矩形波导端口处均连接有一个E面90°弯波导，分别处于两个十字转门接头上的每两个位置对应的E面90°弯波导之间均通过一波导移相器相连，对位的两个波导移相器同为正45°波导移相器或同为负45°波导移相器，邻位的两个波导移相器分别为正45°波导移相器和负45°波导移相器；
所述十字转门接头包括散射匹配单元和公共波导，散射匹配单元的中心与公共波导的中心重合，散射匹配单元位于十字转门接头的内腔底面上；
所述波导移相器包括矩形波导腔，其中，负45°波导移相器的矩形波导腔内设有E面金属膜片，正45°波导移相器的矩形波导腔内设有H面金属膜片。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带圆极化器，其特征在于：所述E面90°弯波导为切角弯波导或圆弧弯波导。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带圆极化器，其特征在于：所述十字转门接头的散射匹配单元为单一的圆柱、方柱或圆台。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带圆极化器，其特征在于：所述十字转门接头的散射匹配单元为阶梯结构，所述阶梯结构的每一级均为圆柱、方柱或圆台。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带圆极化器，其特征在于：所述十字转门接头的公共波导为圆波导或方波导。
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