CN110021825A - 一种微波极化转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波极化转换器，极化转换器(2)设置于H面波导腔体(1)以及E面波导腔体(3)之间；其中，所述H面波导腔体(1)与所述E面波导腔体(3)相互垂直，所述极化转换器(2)分别与所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)之间形成夹角并且相互之间通过若干螺栓固定，所述极化转换器(2)为蝴蝶结形，使电磁信号扭转，实现H面波导腔体(1)以及E面波导腔体(3)之间传输方向90°的角度变化。本发明蝴蝶结形的结构形式简单，加工结构简单，体积较小，具有驻波比小，插入损耗小等优良性能，并且安装和拆卸方便，减少了极化转换器的磨损。
Description
技术领域
本发明属于极化转换器技术领域，更具体地，涉及一种微波极化转换器。
背景技术
微波波导是电磁信号传输的理想传输线，标准波导传输线为定义好尺寸的矩形空腔管，电磁信号传输时沿矩形空腔进行传输。波导的矩形端面当短边垂直于水平面时称为H面传输，当长边垂直于水平面时称为E面传输。在波导传输线系统中，经常会遇到H面传输和E面传输需要连接的情况。由于H面和E面在理论上具有电磁信号隔离特性，即极化隔离，因此不能彼此垂直的直接连接，必须通过一种特殊器件即极化转换器进行连接，才能保证电磁信号没有衰减进行传输。
常用到的极化转换器结构有阶梯式扭转或波导管直接扭转等，但是均具有结构形式复杂，加工不简便，体积较大等缺点，如图1～图4所示。公开号为“CN108232464A”的专利中记载了一种波导极化转换器，需要设置上极化片以及下极化片逐步过渡，上波导、上极化片、下极化片和下波导各个部件间必须紧密结合，现有技术的极化转换器具有以下缺点：
1、设置多个极化转换器单元逐步扭转，结构复杂，加工繁琐，体积大，并且驻波比不能到达最优化；
2、设置的多个极化转换器单元，每个单元之间，都需要设置螺栓进行固定，不仅使安装和拆卸复杂，零部件容易丢失，还增加了极化转换器的磨损，缩短了其使用寿命。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种微波极化转换器，采用蝴蝶结形状，设置在H面波导腔体与E面波导腔体之间，该蝴蝶结结构的微波极化转换器在波导传输垂直方向上旋转一定角度，当H面电磁信号进入该结构时，电磁信号被结构扭转传输，旋转90度后从E面传输线传出。
为实现上述目的，本发明提供一种微波极化转换器，极化转换器设置于H面波导腔体以及E面波导腔体之间；其中，
所述H面波导腔体与所述E面波导腔体相互垂直，所述极化转换器分别与所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体之间形成夹角，所述极化转换器为蝴蝶结形腔体；并且，
所述蝴蝶结形的腔体为两个部分重叠的对顶的三角形结构倒圆角后形成，包括第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体和所述第二腔体相交处的边缘倒圆角形成内凹的圆弧结构；所述第一腔体和所述第二腔体的其他顶角经倒圆角处理形成外凸的圆弧结构；所述蝴蝶结形的腔体用于使电磁信号一步扭转，实现所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体之间传输方向90°的角度变化。
进一步地，从横截面看，所述第一腔体和所述第二腔体的外凸圆弧角边缘均位于所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体相邻的两个圆弧角外部。
进一步地，从横截面看，所述第一腔体和所述第二腔体重合处的内凹圆弧位于所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体形成的四边形内部。
进一步地，两个所述三角形结构为两个等腰三角形的对顶结构。
进一步地，两个所述三角形结构为两个等边三角形的对顶结构。
进一步地，所述H面波导腔体、所述极化转换器以及所述E面波导腔体对应位置设置若干个螺栓孔。
进一步地，所述H面波导腔体与所述极化转换器之间以及所述极化转换器与所述E面波导腔体之间设置若干螺栓。
进一步地，所述极化转换器分别与所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体之间形成的夹角为30°～60°。
进一步地，所述极化转换器分别与所述H面波导腔体以及所述E面波导腔体之间形成的夹角为45°。
进一步地，所述极化转换器具有设定的厚度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的微波极化转换器，采用蝴蝶结形状，设置在H面波导腔体与E面波导腔体之间，该蝴蝶结结构的微波极化转换器在波导传输垂直方向上旋转一定角度，当H面电磁信号进入该结构时，电磁信号被结构一次性实现扭转传输，旋转90度后从E面传输线传出。
(2)本发明的微波极化转换器，相比现有技术，本发明微波极化转换器，H面波导腔体、极化转换器以及E面波导腔体之间的螺钉数量减少，不仅使安装和拆卸方便，还减少了极化转换器的磨损，提高了其使用寿命。
(3)本发明的微波极化转换器，相比现有技术，在蝴蝶结形的极化转换器中形成的电磁场不同，通过一次扭转能够满足相应的技术指标要求，具有驻波比小，插入损耗小等优良性能。
(4)本发明的微波极化转换器，蝴蝶结形的特殊结构，使电磁信号进入H面波导腔体以及E面波导腔体的接触面相同。
(5)本发明的微波极化转换器，只需要设置一个极化转换器单元，在能够实现波导传输极化转换功能的同时，具有结构形式简单，加工结构简单，体积较小的优点。
附图说明
图1为现有技术中涉及的极化转换器分解图；
图2为现有技术中涉及的极化转换器整体图；
图3为现有技术中涉及的极化转换器侧视图；
图4为现有技术中涉及的极化转换器图3的剖面图；
图5为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的极化转换器分解图；
图6为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的极化转换器整体图；
图7为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的蝴蝶结形腔体示意图；
图8为本发明实施例图7的对顶三角形结构；
图9为本发明实施例一种微波极化转换器侧视图；
图10为本发明实施例图9的剖面图；
图11为现有技术中极化转换器3D电磁仿真计算模型图；
图12为现有技术中极化转换器3D电磁仿真结果；
图13为本发明实施例极化转换器3D电磁仿真计算模型图；
图14为本发明实施例极化转换器3D电磁仿真结果。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-H面波导腔体、2-极化转换器、3-E面波导腔体、4-螺栓孔、5-螺栓；21-第一极化转换器单元、22-第二极化转换器单元、23-第三极化转换器单元；201-第一腔体、202-第二腔体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1～图4分别为现有技术中涉及的极化转换器分解图，极化转换器整体图；极化转换器侧视图以及极化转换器的剖面图。H面波导腔体1与E面波导腔体3之间设置第一极化转换器单元21、第二极化转换器单元22、第三极化转换器单元23逐步扭转，实现电磁信号的过渡。第一极化转换器单元21、第二极化转换器单元22、第三极化转换器单元23具体结构相同的过渡波导腔体，现有技术中甚至采用更多的极化转换器组合，结构十分复杂。
图5为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的极化转换器分解图。如图5所示，H面波导腔体1与E面波导腔体3的腔体形状相同，并且H面波导腔体1与E面波导腔体3之间的夹角为90°，H面波导腔体1与E面波导腔体3中间设置的极化转换器2，极化转换器2的腔体为蝴蝶结形，与H面波导腔体1与E面波导腔体3之间呈一定的角度，通过蝴蝶结形的极化转换器2，使电磁信号扭转，实现传输方向90°的角度变化。H面波导腔体1、极化转换器2以及E面波导腔体3对应位置设置若干个螺栓孔4，用于插入螺栓实现H面波导腔体1、极化转换器2以及E面波导腔体3相互之间的固定。本发明的微波极化转换器，采用蝴蝶结形状，该蝴蝶结结构在波导传输垂直方向上旋转一定角度，当H面电磁信号进入该结构时，电磁信号被结构扭转传输，旋转90度后从E面传输线传出。本发明适用于波导腔体垂直的情况。
进一步地，图6为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的极化转换器整体图。如图6所示，H面波导腔体1与极化转换器2之间以及极化转换器2与E面波导腔体3之间分别通过螺栓孔4中的螺栓两两相连，使H面波导腔体1、极化转换器2以及E面波导腔体3相互固定连接，然而图2的现有技术中，由于设置多个极化转换器单元，增加了用于相互之间连接的螺钉数量，不仅加大了工作量，而且各个极化器单元的长期安装与拆卸会造成损耗。相比现有技术，本发明微波极化转换器，H面波导腔体1、极化转换器2以及E面波导腔体3之间的螺钉数量减少，不仅使安装和拆卸方便，还减少了装置的磨损，提高了装置的使用寿命。
进一步地，图7为本发明实施例一种微波极化转换器涉及的蝴蝶结形腔体示意图。如图7所示，蝴蝶结形的腔体包括第一腔体201和第二腔体202。该蝴蝶结形腔体为左右以及上下对称的结构。图8为本发明实施例图7的对顶三角形结构，结合图7和图8，本发明的极化转换器腔体为两个重叠的对顶的三角形并且倒圆角后形成的蝴蝶结形腔体，两个对顶的三角形根据波导的尺寸有一段交叠，交叠段长度可形成上下两个三角形连接的开口尺寸，该开口尺寸根据不同的波导尺寸进行调整，对传输性能有较大影响。其中，第一腔体201和第二腔体202相交处的边缘倒圆角形成内凹的圆弧结构；另外，第一腔体201和第二腔体202的其他顶角倒圆角处理为外凸的圆弧结构，并且圆弧结构大小、弧度相同。该蝴蝶结形的腔体实现电磁波的极化。
优选地，本发明的极化转换器的截面图形为两个等腰三角形或者等边三角形的对顶结构倒圆角处理后形成。
进一步地，图9为本发明实施例一种微波极化转换器侧视图；如图9所示，H面波导腔体1、极化转换器2以及E面波导腔体3之间的螺栓孔一一对应，并且通过螺栓相互固定。图10为本发明实施例图9的剖面图，结合图9和图10，H面波导腔体1与E面波导腔体3相互垂直，蝴蝶结形状的极化转换器2分别与H面波导腔体1以及E面波导腔体3之间形成一定的角度，结合图7，从横截面看，第一腔体201和第二腔体202的外凸圆弧角边缘均位于H面波导腔体1以及E面波导腔体3相邻的两个圆弧角之外；第一腔体201和第二腔体202重合处的内凹圆弧位于H面波导腔体1与E面波导腔体3形成的四边形内部，通过内凹圆弧形成蝴蝶结形状的中间部位，该尺寸如过小，电磁信号传输过程中不会产生扭转效果，如过大，电磁信号传输的匹配性会变差，造成驻波比指标恶化，当调整为合适尺寸时，会形成驻波比的传输零点，获得极佳的匹配特性。蝴蝶结形的特殊结构，使电磁信号进入H面波导腔体1以及E面波导腔体3的接触面相同，并且增大了接触面积，蝴蝶结形相对于H面波导腔体1与E面波导腔体3的偏置角度需要兼顾H面波导和E面波导的电磁信号传输特性。图3和图4中，现有技术中各过渡的极化转换器单元之间彼此扭转的角度为22.5°，通过逐步扭转实现90°的角度变化，需要通过至少3个极化转换器单元的过渡实现微波极化转换器的功能。而本发明的微波极化转换器，不需逐步扭转，只需通过一个蝴蝶结形的极化转换器2，既能实现电磁信号的扭转传输。另外，本发明极化转换器的传输段长度也就是极化转换器2腔体的厚度与所需要传输的信号频率波长密切相关，通过调整传输段长度，由于电磁信号的传输和反射波的叠加，可以获得在该频段的传输零点，从而获得极佳的驻波特性。本发明的微波极化转换器结构，其结构类似蝴蝶结形状，在H面波导传输线和E面波导传输线之间插入该转换器，可以将微波电磁信号扭转实现传输方向90°的角度变化。并且本发明的微波极化转换器的型谱按照不同波导类型，具有不同的外形尺寸结构，可以适应波导国家国际标准，如BJ70、BJ84、BJ120、BJ140、BJ220等，其截面的尺寸不同，但形状及构造均一致。
优选地，蝴蝶结形状的极化转换器2与微波电磁信号传输方向，即与H面波导腔体以及E面波导腔体之间形成夹角形成一个夹角，一般选择30°～60°，更优选为45°。
具体地，图11和图12分别为现有技术中极化转换器3D电磁仿真计算模型图及其仿真结果；图13和图14分别为本发明实施例极化转换器3D电磁仿真计算模型图及其仿真结果。现有技术中采用3段极化转换器单元，由仿真结果可知，现有技术中主要使用频率段的驻波小于1.15。本发明的微波极化转换器，主要使用频率段的驻波小于1.03，远远优于传统结构的电气性能，本发明的电气性能指标高于传统的极化转换器的电气性能指标。因为本发明的蝴蝶结形的结构，可以实现电磁信号的一步扭转，与现有技术中多级扭转形成的电磁场完全不同，可以在驻波段形成传输零点，从而达到展宽使用带宽和超低驻波性能的目的。驻波比是指驻波波腹电压与波谷电压幅度之比，又称为驻波系数、驻波比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。本发明的微波极化转换器相比现有技术，能够满足相应的技术指标要求，具有驻波比小，插入损耗小等优良性能。
本发明的目的旨在提出一种微波极化转换器的结构，能够实现波导传输极化转换功能，同时具有结构形式简单，加工结构简单，体积较小的优点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微波极化转换器，其特征在于，极化转换器(2)设置于H面波导腔体(1)以及E面波导腔体(3)之间；其中，
所述H面波导腔体(1)与所述E面波导腔体(3)相互垂直，所述极化转换器(2)分别与所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)之间形成夹角，所述极化转换器(2)为蝴蝶结形腔体；并且，
所述蝴蝶结形的腔体为两个部分重叠的对顶的三角形结构倒圆角后形成，包括第一腔体(201)和第二腔体(202)，其中，所述第一腔体(201)和所述第二腔体(202)相交处的边缘倒圆角形成内凹的圆弧结构；所述第一腔体(201)和所述第二腔体(202)的其他顶角经倒圆角处理形成外凸的圆弧结构；所述蝴蝶结形的腔体用于使电磁信号一步扭转，实现所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)之间传输方向90°的角度变化。
2.根据权利要求1所述的一种微波极化转换器，其特征在于，从横截面看，所述第一腔体(201)和所述第二腔体(202)的外凸圆弧角边缘均位于所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)相邻的两个圆弧角外部。
3.根据权利要求1或2所述的一种微波极化转换器，其特征在于，从横截面看，所述第一腔体(201)和所述第二腔体(202)重合处的内凹圆弧位于所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)形成的四边形内部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，两个所述三角形结构为两个等腰三角形的对顶结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，两个所述三角形结构为两个等边三角形的对顶结构。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，所述H面波导腔体(1)、所述极化转换器(2)以及所述E面波导腔体(3)对应位置设置若干个螺栓孔(5)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，所述H面波导腔体(1)与所述极化转换器(2)之间以及所述极化转换器(2)与所述E面波导腔体(3)之间设置若干螺栓。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，所述极化转换器(2)分别与所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)之间形成的夹角为30°～60°。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，所述极化转换器(2)分别与所述H面波导腔体(1)以及所述E面波导腔体(3)之间形成的夹角为45°。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种微波极化转换器，其特征在于，所述极化转换器(2)具有设定的厚度。
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