CN109473775A - Ku/E波段双频一体馈源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述一体馈源包括双频辐射部分和馈电部分，双频辐射部分的中间为E频段介质杆喇叭与介质加载馈电波导；在E频段介质杆喇叭的外围由波纹喇叭包裹，构成Ku频段的辐射部分；E频段的馈电由圆矩转换结构组成，Ku频段馈电通过同轴正交模耦合器组成，同轴正交模耦合器由四个分支波导，相隔180°的两支波导通过功分器进行连接。本发明采用同轴馈源设计方案,同轴腔实现Ku频段双线极化电磁波的辐射,而同轴结构内芯中嵌入E频段介质杆喇叭作为馈源,实现E频段单线极化电磁波的辐射。
Description
技术领域
本发明涉及通信特别是点对点通信系统，尤其是涉及一种Ku/E波段双频一体馈源。
背景技术
为了满足通信系统天线工作在与两个频段的应用要求,天线设计要求双频馈源的结构紧凑、质量小。传统的多频天线设计较多地采用耦合分枝结构,将各个频段分开。这类设计具有的缺点是两个频段的间隔具有严格的限制,而且馈源纵向长度较长,质量大,不符合紧凑馈源与小质量的要求，特别是频率较低时，馈源的体积可能非常庞大；另外多频馈源的实现方式还采用微带集成结构，此类结构存在的问题是三阶互调较高，特别是在多频的使用环境下，第二微带结构插入损耗较大，同时承受功率相对于波导结构也较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术不足,利用同轴嵌套喇叭工作与Ku/E波段，提供一种结构紧凑、质量小、适于通信系统应用的频段双频馈源。
其技术方案为，一种Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述一体馈源包括双频辐射部分和馈电部分，双频辐射部分的中间为E频段介质杆喇叭与介质加载馈电波导；在E频段介质杆喇叭的外围由波纹喇叭包裹，构成Ku频段的辐射部分；E频段的馈电由圆矩转换结构组成，Ku频段馈电通过同轴正交模耦合器组成，同轴正交模耦合器由四个分支波导，相隔180°的两支波导通过功分器进行连接。
所述E频段辐射部分介质杆喇叭，介质杆部分由四级渐变组成，介质杆起始部位有卡环结构，防止介质杆从圆波导脱落；
所述Ku频段辐射部分由波纹喇叭(1)组成，波纹喇叭槽深近似为四分之一工作频率波长，波纹喇叭和E频段介质杆喇叭(2)外壁起始端有阶梯结构，可对波纹喇叭阻抗进行调配。
所述E频段馈电部分圆矩转换为介质杆天线馈入单极化信号。
所述Ku频段馈电部分功分器产生两路幅度相同相位相反的两路信号.
所述Ku频段馈电部分同轴正交模耦合器相隔180°的两支波导通过功分器，可为波纹喇叭馈入单极化信号(垂直或水平)，同理，另外两路馈入另一极化信号(水平或垂直)。
本发明采用同轴馈源设计方案,同轴腔实现Ku频段双线极化电磁波的辐射,而同轴结构内芯中嵌入E频段介质杆喇叭作为馈源,实现E频段单线极化电磁波的辐射。
本发明采用同轴正交模耦合器的设计思路,通过十字结构耦合出Ku频段的两路正交信号，同时两路正交信号具有较高的隔离度。
本发明基于自身同轴结构特点,各工作频段之间电磁兼容较好，Ku/E频段间的自隔离特性,无需配置滤波器,同时该馈源结构具有大功率容量特性,适合作为远程通信应用。
本发明设计思路不仅可以用于作为Ku/E双频馈源的设计,也可以用于其它双频段馈源或天线设计。
附图说明
图1为本发明的Ku/E双频馈源结构的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的为Ku/E双频馈源结构的一种实施例的剖面示意图；
图3为本发明为E频段馈源辐射方向图；
图4为本发明为Ku频段馈源辐射方向图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1，本发明的一种是实施方式。一种Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述一体馈源包括双频辐射部分和馈电部分，双频辐射部分的中间为E频段介质杆喇叭与介质加载馈电波导；在E频段介质杆喇叭的外围由波纹喇叭包裹，构成Ku频段的辐射部分；E频段的馈电由圆矩转换结构组成，Ku频段馈电通过同轴正交模耦合器组成，同轴正交模耦合器由四个分支波导，相隔180°的两支波导通过功分器进行连接。
所述E频段辐射部分介质杆喇叭，介质杆部分由四级渐变组成，介质杆起始部位有卡环结构，防止介质杆从圆波导脱落；
所述Ku频段辐射部分由波纹喇叭组成，波纹喇叭槽深近似为四分之一工作频率波长，波纹喇叭和E频段介质杆喇叭外壁起始端有阶梯结构，可对波纹喇叭阻抗进行调配。
所述E频段馈电部分圆矩转换为介质杆天线馈入单极化信号。
所述Ku频段馈电部分功分器产生两路幅度相同相位相反的两路信号.
参照图2，所述Ku频段馈电部分同轴正交模耦合器相隔180°的两支波导通过功分器，可为波纹喇叭馈入单极化信号(垂直或水平)，同理，另外两路馈入另一极化信号(水平或垂直)。
本发明采用同轴馈源设计方案,同轴腔实现Ku频段双线极化电磁波的辐射,而同轴结构内芯中嵌入E频段介质杆喇叭作为馈源,实现E频段单线极化电磁波的辐射。
本发明采用同轴正交模耦合器的设计思路,通过十字结构耦合出Ku频段的两路正交信号，同时两路正交信号具有较高的隔离度。
本发明基于自身同轴结构特点,各工作频段之间电磁兼容较好，Ku/E频段间的自隔离特性,无需配置滤波器,同时该馈源结构具有大功率容量特性,适合作为远程通信应用。
本发明设计思路不仅可以用于作为Ku/E双频馈源的设计,也可以用于其它双频段馈源或天线设计。
本发明采用对双频同轴馈源进行设计,结构如图1所示,
Ku频段波纹喇叭1；
E频段介质杆天线2；
E频段同轴正交模耦合器3；
Ku频段垂直极化U型波导1 4；
Ku频段垂直极化U型波导2 5；
Ku频段水平极化U型波导1 6；
Ku频段水平极化U型波导2 7；
Ku频段前功分器8；
Ku频段后功分器9；
E波段圆矩渐变转换区10。
图2为双频同轴馈源结构的剖视图，其中，
Ku频段波纹喇叭1
E频段介质杆天线2
E频段圆波导21
Ku频段同轴正交模耦合器31
Ku频段U型波导51
E频段圆矩渐变转换区10
Ku频段前功分器8
匹配环81
阶梯匹配带91
由于E频段天线处在整体结构内部，因此采用传统的波纹喇叭，为了达到较高的增益，喇叭尺寸较大，这样势必会对同轴层内的Ku频段信号产生遮挡，因此不宜采用。因此，本发明采用介质杆结构的天线，通过改变介质杆的长度来提高E频段天线的增益，而天线从馈电圆波导到介质杆天线2之间的横向尺寸并未增大，解决了双频之间馈源遮挡的问题。同时介质杆采用阶梯变化的结构，调整E频段的辐射方向图呈现轴对称特性(见图3)，这样与反射面一同使用时可以提高天线整体的口径利用效率。为了改善E频段天线的驻波特性，在E频段圆波导内部，插入圆锥形匹配块对驻波进行匹配。最后在E频段圆波导通过E频段圆矩渐变转换区10变成标准WR12标准矩形口。
Ku频段信号通过同轴腔内进行传输，这里利用的同轴线结构的高次模TE11模。传统同轴线传输主模为TEM模型，但这种模式的辐射特性呈现差波束特性，并不是我们需要的，考虑到同轴线内部各种高次模的场分布，选定TE11模为Ku频段喇叭辐射的激励模。而同轴结构TE11模是利用同轴正交模耦合器4，通过U型波导51，与Ku频段前功分器8相连，同时功分器具有产生两个幅度相同，相位相差180°的特性。由于同轴结构的内径选择已由E频段的工作频率决定，因此同轴结构的外径选择要遵循同轴腔内部只能传输一个高次模TE11模。
(λc)TE11＝π(a+b)
这里a为同轴结构内导体半径，b为同轴结构外导体半径。
为了获得较好的Ku频段驻波特性，在波纹喇叭咽喉处加载匹配环81，在E波段圆波导21外壁加载阶梯匹配带，可以有效的改善Ku频段的驻波特性。
Ku频段辐射段天线采用轴向槽波纹喇叭1，槽深近似工作频率波长的四分之一，这样可以保证Ku频段的辐射方向图具有轴对称特性，见图4。
以上所述仅为本发明最佳的实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述一体馈源包括双频辐射部分和馈电部分，双频辐射部分的中间为E频段介质杆喇叭与介质加载馈电波导；在E频段介质杆喇叭的外围由波纹喇叭包裹，构成Ku频段的辐射部分；E频段的馈电由圆矩转换结构组成，Ku频段馈电通过同轴正交模耦合器组成，同轴正交模耦合器由四个分支波导，相隔180°的两支波导通过功分器进行连接。
2.根据权利要求1所述的Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述E频段辐射部分介质杆喇叭，介质杆部分由四级渐变组成，介质杆起始部位有卡环结构，防止介质杆从圆波导脱落。
3.根据权利要求1或2所述的Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述Ku频段辐射部分由波纹喇叭(1)组成，波纹喇叭槽深近似为四分之一工作频率波长，波纹喇叭和E频段介质杆喇叭(2)外壁起始端有阶梯结构，可对波纹喇叭阻抗进行调配。
4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述E频段馈电部分圆矩转换为介质杆天线馈入单极化信号。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于，所述Ku频段馈电部分功分器产生两路幅度相同相位相反的两路信号。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的Ku/E波段双频一体馈源，其特征在于所述Ku频段馈电部分同轴正交模耦合器相隔180°的两支波导通过功分器，可为波纹喇叭馈入单极化信号，同理，另外两路馈入另一极化信号。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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