CN109786970B - 一种X/Ka多频宽带多模馈源 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种X/Ka多频宽带多模馈源，包括输入圆波导，圆锥波导段，多模喇叭变模段，直波导辐射段，两对正交模耦合器及滤波器。通过正交模耦合器和折皱滤波器输出低频信号，抑制高频信号，同时降低了低频设计难度；采用多模喇叭，利用模式匹配法，结合优化算法对每个台阶的长度进行优化，生成不同的模式，喇叭输入口有较小的反射系数，设计了X/Ka收发频多模馈源，获得良好的性能。

Description

一种X/Ka多频宽带多模馈源
技术领域
本发明涉及电磁场与微波技术领域，特别是涉及一种X/Ka多频宽带多模馈源。
背景技术
多频共用卫星通信地球站天线具有通信容量大、一站多用、结构紧凑和建造成本低等特点，成为当前天线技术研究的热点，其核心技术主要在于多频段馈源技术的研究。现有的常规低频多模馈源设计难度较大。
发明内容
为了实现馈源能同时覆盖X/Ka收发频段，且降低低频设计难度，本发明提出一种X/Ka多频宽带多模馈源。
本发明的技术方案为：
所述一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：包括输入圆波导，圆锥波导段，多模喇叭变模段，直波导辐射段，两对正交模耦合器及滤波器；输入圆波导连接圆锥波导段，圆锥波导段连接多模喇叭变模段，多模喇叭变模段连接直波导辐射段向空间辐射能量。圆锥波导段的圆周部分连接两对正交模耦合器，两对正交模耦合器通过四个耦合孔连接四个折皱滤波器。
进一步的优选方案，所述一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：所述输入圆波导是一段自由长度的直波导，根据馈源频带及传输模式确定输入口径；所述多模喇叭变模段由若干个圆波导台阶组成，利用台阶的不连续性，能够产成不同的传输模式；所述直波导辐射段是一段自由长度的直波导，根据照射电平要求选择输出口径；所述正交模耦合器通过相互正交的耦合孔实现双极化工作；所述折皱滤波器，与耦合孔连接，传输低频信号，抑制高频信号。
进一步的优选方案，所述一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：输入圆波导的输入口径为9.5mm，直波导辐射段的输出口径为85mm，馈源总长度为470mm。
进一步的优选方案，所述一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：圆锥波导段输入口径为9.5mm，输出口径为15mm，长度为90mm；多模喇叭变模段用220个台阶划分，输入口径为15mm，输出口径为85mm，相邻台阶间口径相差0.3mm，多模喇叭变模段长度为300mm。
进一步的优选方案，所述一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：正交模耦合器由圆锥波导段耦合孔耦合低频信号，耦合孔口径为5mm×17mm；折皱滤波器由5阶滤波器构成，通过正交模耦合器耦合口输入信号，通过低频信号，抑制高频信号，腔体尺寸宽度为28mm，长度为26mm。
有益效果
本发明提出一种X/Ka多频宽带多模馈源，包括输入圆波导，圆锥波导段，多模喇叭变模段，直波导辐射段，两对正交模耦合器及滤波器。通过正交模耦合器和折皱滤波器输出低频信号，抑制高频信号，同时降低了低频设计难度；采用多模喇叭，利用模式匹配法，结合优化算法对每个台阶的长度进行优化，生成不同的模式，喇叭输入口有较小的反射系数，设计了X/Ka收发频多模馈源，获得良好的性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：X/Ka多频宽带多模馈源的正视图
图2：X/Ka多频宽带多模馈源的侧视图
图3：X/Ka多频宽带多模馈源的剖分图
图4：正交模耦合器及折皱滤波器剖分图
图5：7.25GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图6：7.45GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图7：18.2GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图8：22.5GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图9：24.7GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图10：29GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图11：31GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图12：32.6GHz的方向图(“—”、“…”和“—˙—”分别表示E面、H面和交叉极化方向图)
图13：低频回波损耗图
图14：高频回波损耗图
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，本实施例中的X/Ka多频宽带多模馈源包括输入圆波导1，圆锥波导段2，多模喇叭变模段3，直波导辐射段4，两对正交模耦合器5，滤波器6。输入圆波导1连接圆锥波导段2，圆锥波导段2连接多模喇叭变模段3，多模喇叭变模段3连接直波导辐射段4向空间辐射能量。圆锥波导段2的圆周部分连接两对正交模耦合器5，通过四个耦合孔连接四个折皱滤波器6。
下面对各个部位的具体尺寸进行描述：
如图1所示，馈源输入波导口径为9.5mm，输出波导口径为85mm，总长度共470mm。
如图1所示，圆锥波导段输入口径为9.5mm，输出口径为15mm，长度为90mm。
如图1和3所示，多模喇叭变模段用220个台阶划分，输入口径为15mm，输出口径为85mm，相邻台阶间口径相差0.3mm，喇叭长度共300mm，利用台阶的不连续性，产成不同的模式。
如图1和4所示，正交模耦合器由圆锥波导段耦合孔耦合低频信号，耦合孔口径为5mm×17mm。
如图1和4所示，折皱滤波器由5阶滤波器构成，通过正交模耦合器耦合口输入信号，通过低频信号，抑制高频信号，腔体尺寸宽度为28mm，长度为26mm。用该滤波器大大降低了低频的设计难度，并使低频满足良好的性能。
按照上述尺寸将建好的模型进行仿真验证，其结果图如图5-14所示，该X/Ka多频宽带多模馈源，实现了在X/Ka频段内收发信号的问题，性能良好，且大幅度降低了低频的设计难度，同时喇叭输入口有较小的反射系数。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种X/Ka多频宽带多模馈源，其特征在于：包括输入圆波导，圆锥波导段，多模喇叭变模段，直波导辐射段，两对正交模耦合器及滤波器；输入圆波导连接圆锥波导段，圆锥波导段连接多模喇叭变模段，多模喇叭变模段连接直波导辐射段向空间辐射能量；圆锥波导段的圆周部分连接两对正交模耦合器，两对正交模耦合器通过四个耦合孔连接四个折皱滤波器；
所述输入圆波导是一段自由长度的直波导，根据馈源频带及传输模式确定输入口径；所述多模喇叭变模段由若干个圆波导台阶组成，利用台阶的不连续性，能够产成不同的传输模式；所述直波导辐射段是一段自由长度的直波导，根据照射电平要求选择输出口径；所述正交模耦合器通过相互正交的耦合孔实现双极化工作；所述折皱滤波器，与耦合孔连接，传输低频信号，抑制高频信号；
输入圆波导的输入口径为9.5mm，直波导辐射段的输出口径为85mm，馈源总长度为470mm；
圆锥波导段输入口径为9.5mm，输出口径为15mm，长度为90mm；多模喇叭变模段用220个台阶划分，输入口径为15mm，输出口径为85mm，相邻台阶间口径相差0.3mm，多模喇叭变模段长度为300mm；
正交模耦合器由圆锥波导段耦合孔耦合低频信号，耦合孔口径为5mm×17mm；折皱滤波器由5阶滤波器构成，通过正交模耦合器耦合口输入信号，通过低频信号，抑制高频信号，腔体尺寸宽度为28mm，长度为26mm。
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