CN109494485B - 一种宽带隔板圆极化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带隔板圆极化器，包括分别位于圆极化器腔体两端口处的方形波导和矩形波导；所述矩形波导包括由多个依次相连的隔板台阶分隔的矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ；多个所述隔板台阶在由矩形波导到方形波导的方向上呈下坡状设置；多个所述隔板台阶位于圆极化器腔体的正中间，所述矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ的截面大小和形状均相同；多个所述隔板台阶中，靠近方形波导的两个隔板台阶的厚度比其他隔板台阶的厚度大；除靠近方形波导的两个隔板台阶之外的其他隔板台阶的厚度均相同。本发明的圆极化器结构简单，能够产生不同旋向的圆极化波，对匹配特性、隔离度的调节比较便捷。

Description

一种宽带隔板圆极化器
技术领域
本发明属于圆极化器设计技术领域，具体地讲涉及一种宽带隔板圆极化器。
背景技术
随着卫星通信宽频带技术的发展，Ka波段天馈系统要求馈源体积小，收发均为圆极化，左右旋向可选，工作带宽18GHz-30GHz。其中接收频段(下行)18GHz-20.2GHz，发射频段(上行)28.1GHz-30GHz，若采用传统的介质波导圆极化器和波纹波导圆极化器，不仅外形尺寸较大，且只能产生一种旋向的圆极化波；同时，传统的介质波导圆极化器和波纹波导圆极化器对匹配特性、隔离度的调节比较麻烦，针对不同的方案要求需要进行单独设计。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种宽带隔板圆极化器，其结构简单，能够产生不同旋向的圆极化波，对匹配特性、隔离度的调节比较便捷。
本发明采用以下技术方案：
一种宽带隔板圆极化器，包括分别位于圆极化器腔体两端口处的方形波导和矩形波导；所述矩形波导包括由多个依次相连的隔板台阶分隔的矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ；多个所述隔板台阶在自矩形波导到方形波导的方向上呈下坡状设置。
优选的，多个所述隔板台阶位于圆极化器腔体的正中间，所述矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ的截面大小和形状均相同。
优选的，多个所述隔板台阶中，靠近方形波导的两个隔板台阶的厚度比其他隔板台阶的厚度大；除靠近方形波导的两个隔板台阶之外的其他隔板台阶的厚度均相同。
进一步优选的，靠近方形波导的两个隔板台阶的厚度由其顶面到底面逐渐变大。
更进一步优选的，所述隔板台阶的个数设为八个。
更进一步优选的，由矩形波导到方形波导的方向上，八个所述隔板台阶的高度分别为H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8，且H1＝0.106λ、H2＝0.16λ、H3＝0.11λ、H4＝0.11λ、H5＝0.1λ、H6＝0.09λ、H7＝0.02λ、H8＝0.04λ，八个所述隔板台阶距矩形波导端口的距离分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，且L1＝0.28λ、L2＝0.096λ、L3＝0.075λ、L4＝0.26λ、L5＝0.28λ、L6＝0.3λ、L7＝0.14λ、L8＝0.16λ，其中λ为辐射波的波长。
更进一步优选的，自矩形波导到方形波导的方向上的第三个隔板台阶上设有一个直角切角。
更进一步优选的，所述隔板台阶的内角处均进行倒角处理。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的圆极化器包括分别位于圆极化器腔体两端口处的方形波导和矩形波导；所述矩形波导包括由多个隔板台阶分隔的矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ；当所述方形波导的端口单独馈电时，将在矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ的输出端口形成右旋圆极化波；所述矩形波导Ⅰ和矩形波导Ⅱ单独馈电时，将在方形波导的输出端口形成左旋圆极化波；所述方形波导和矩形波导Ⅰ等幅反相馈电时，将在矩形波导Ⅱ的输出端口形成垂直极化波，方形波导和矩形波导Ⅰ等幅同相馈电时，将在矩形波导Ⅱ的输出端口形成水平极化波。因此通过调整馈电口，就能够产生不同旋向的圆极化波。
2)本发明的圆极化器的八个所述隔板台阶的高度分别为H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8，且H1＝0.106λ、H2＝0.16λ、H3＝0.11λ、H4＝0.11λ、H5＝0.1λ、H6＝0.09λ、H7＝0.02λ、H8＝0.04λ，八个所述隔板台阶距矩形波导端口的距离分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，且L1＝0.28λ、L2＝0.096λ、L3＝0.075λ、L4＝0.26λ、L5＝0.28λ、L6＝0.3λ、L7＝0.14λ、L8＝0.16λ。通过对八个隔板台阶的高度以及距离的设置，使得圆极化器的匹配特性、隔离度等性能参数均符合相关规定、满足使用要求。
附图说明
图1为本发明的圆极化器的仿真模型图。
图2为本发明的圆极化器的参数设置示意图。
图3为本发明的圆极化器的输出端口的驻波曲线图。
图4为本发明的圆极化器的两正交极化相移量差值曲线。
图5为本发明的圆极化器的传输和极化隔离曲线图。
附图标记：1-方形波导，2-矩形波导，3-隔板台阶，21-矩形波导Ⅰ，22-矩形波导Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，一种宽带隔板圆极化器，包括分别位于圆极化器腔体两端口处的方形波导1和矩形波导2；所述矩形波导2包括由多个隔板台阶3分隔的矩形波导Ⅰ21和矩形波导Ⅱ22；多个所述隔板台阶3在由矩形波导2到方形波导1的方向上呈下坡状设置。
多个所述隔板台阶3位于圆极化器腔体的正中间，所述矩形波导Ⅰ21和矩形波导Ⅱ22的截面大小和形状均相同。
多个所述隔板台阶3中，靠近方形波导1的两个隔板台阶3的厚度比其他隔板台阶3的厚度大；除靠近方形波导1的两个隔板台阶3之外的其他隔板台阶3的厚度均相同。
靠近所述方形波导1的两个隔板台阶3的厚度由其顶面到底面逐渐变大。
所述隔板台阶3的个数设为八个。
如图2所示，由矩形波导2到方形波导1的方向上，八个所述隔板台阶3的高度分别为H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8，且H1＝0.106λ、H2＝0.16λ、H3＝0.11λ、H4＝0.11λ、H5＝0.1λ、H6＝0.09λ、H7＝0.02λ、H8＝0.04λ，八个所述隔板台阶3距矩形波导2端口的距离分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，且L1＝0.28λ、L2＝0.096λ、L3＝0.075λ、L4＝0.26λ、L5＝0.28λ、L6＝0.3λ、L7＝0.14λ、L8＝0.16λ，其中λ为辐射波的波长。
自矩形波导2到方形波导1的方向上的第三个隔板台阶3上设有一个直角切角4。
所述隔板台阶3的内角处均进行倒角处理。具体的，倒角半径设置为0.5mm，倒角的设置对抑制带内高次模有一定的帮助。
如图1所示，本发明的圆极化器在使用时，根据圆极化器的移相特性及场型结构，可以得知：所述方形波导1的端口单独馈电时，将在矩形波导Ⅰ21和矩形波导Ⅱ22的输出端口形成右旋圆极化波；所述矩形波导Ⅰ21和矩形波导Ⅱ22单独馈电时，将在方形波导1的输出端口形成左旋圆极化波；所述方形波导1和矩形波导Ⅰ21等幅反相馈电时，将在矩形波导Ⅱ22的输出端口形成垂直极化波，方形波导1和矩形波导Ⅰ21等幅同相馈电时，将在矩形波导Ⅱ22的输出端口形成水平极化波。
图3为本发明的圆极化器的输出端口的驻波曲线图。由图3可得，18GHz～30GHz全频带内驻波小于1.3，且带内没有出现高次模；下行18GHz～20.2GHz带内最大驻波1.26，上行28.1GHz～30GHz带内最大驻波1.28。
图4为本发明的圆极化器的两正交极化相移量差值曲线。由图4可得，下行18GHz～20.2GHz带内相移量为90±5度，对应圆极化轴比0.75，交叉极化-27dB；上行28.1GHz～30GHz带内相移量为90±3度，对应圆极化轴比0.45，交叉极化-31dB。
图5为本发明的圆极化器的传输和极化隔离曲线图。由图5可得，两正交极化理论传输损耗3dB，极化隔离带内大于-20dB。因此，本发明的圆极化器在能够产生不同旋向的圆极化波的同时，其匹配特性、隔离度均符合相关规定、满足使用要求。
综上所述，本发明的圆极化器结构简单，能够产生不同旋向的圆极化波，对匹配特性、隔离度的调节比较便捷。

Claims (3)

1.一种宽带隔板圆极化器，其特征在于：包括分别位于圆极化器腔体两端口处的方形波导(1)和矩形波导(2)；所述矩形波导(2)包括由多个隔板台阶(3)分隔的矩形波导Ⅰ(21)和矩形波导Ⅱ(22)；多个所述隔板台阶(3)在由矩形波导(2)到方形波导(1)的方向上呈下坡状设置；
多个所述隔板台阶(3)位于圆极化器腔体的正中间，所述矩形波导Ⅰ(21)和矩形波导Ⅱ(22)的截面大小和形状均相同；
多个所述隔板台阶(3)中，靠近方形波导(1)的两个隔板台阶(3)的厚度比其他隔板台阶(3)的厚度大；除靠近方形波导(1)的两个隔板台阶(3)之外的其他隔板台阶(3)的厚度均相同；
靠近方形波导(1)的两个隔板台阶(3)的厚度由其顶面到底面逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的一种宽带隔板圆极化器，其特征在于：所述隔板台阶(3)的个数设为八个。
3.根据权利要求2所述的一种宽带隔板圆极化器，其特征在于：由矩形波导(2)到方形波导(1)的方向上，八个所述隔板台阶(3)的高度分别为H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8，且H1＝0.106λ、H2＝0.16λ、H3＝0.11λ、H4＝0.11λ、H5＝0.1λ、H6＝0.09λ、H7＝0.02λ、H8＝0.04λ，八个所述隔板台阶(3)距矩形波导(2)端口的距离分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，且L1＝0.28λ、L2＝0.096λ、L3＝0.075λ、L4＝0.26λ、L5＝0.28λ、L6＝0.3λ、L7＝0.14λ、L8＝0.16λ，其中λ为辐射波的波长。
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