CN112103656A - 一种双线极化馈源喇叭 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种双线极化馈源喇叭，包括依次连接的双槽波纹喇叭单元、方转圆过渡波导、正交耦合器单元；双槽波纹喇叭单元包括传输波导、双槽馈源喇叭，传输波导与方转圆过渡波导、双槽馈源喇叭相连；正交耦合器单元包括第一输入接口、第二输入接口、与第一输入接口相连的第一切比雪夫过渡波导、通过第一T型结与第一切比雪夫过渡波导相连的第一转弯波导、与第二输入接口相连的第二切比雪夫过渡波导、通过第二T型结与第二切比雪夫过渡波导相连的第二转弯波导，第一转弯波导、第二转弯波导通过十字回转结与方圆过渡波导相连。本申请的双线极化馈源喇叭，结构简单、尺寸小，工作带宽较宽，具有良好的交叉极化性能。

Description

一种双线极化馈源喇叭

技术领域

本申请涉及馈源天线技术领域，具体是一种双线极化馈源喇叭。

背景技术

随着现代的通信系统的发展，双线极化馈源喇叭可以利用正交模耦合器的基模端口分别作为信号的接收端和发射端，从而实现双工器的功能；可以利用极化分集技术，在复杂的电磁环境中提高通信系统的稳定性；同时也可以利用多极化的信息，提高雷达的探测性。但是对于波导结构的双线极化馈源，其尺寸通常较大，由于波导的自身色散效应，波导带通滤波器的寄生通带离设计的通带很近，所以难以获得较宽的工作带宽。双线极化馈源喇叭的尺寸小型化，和带宽展宽一直是研究的热点与难点。

现有技术采用添加消失模滤波器结构的Ortho-Mode Transducer(OMT)结构来增加寄生通带与通带间的距离，以展宽双线极化馈源喇叭的带宽。但是添加OMT结构的双线极化馈源喇叭采用

结的形式，导致其结构复杂、尺寸较大，且交叉极化性能差，且两个端口的隔离度不高，相位中心不稳定。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供一种双线极化馈源喇叭，减小尺寸、提高交叉极化性能，从而展宽工作带宽。

为实现上述目的，本发明公开了一种双线极化馈源喇叭，包括依次连接的双槽波纹喇叭单元、方转圆过渡波导、正交耦合器单元；所述双槽波纹喇叭单元包括传输波导、双槽馈源喇叭，所述传输波导的两端分别与所述方转圆过渡波导、所述双槽馈源喇叭相连；所述正交耦合器单元包括第一输入接口、与所述第一输入接口垂直设置的第二输入接口、与所述第一输入接口相连的第一切比雪夫过渡波导、通过第一T型结与所述第一切比雪夫过渡波导相连的第一转弯波导、与所述第二输入接口相连的第二切比雪夫过渡波导、通过第二T型结与所述第二切比雪夫过渡波导相连的第二转弯波导，所述第一转弯波导、所述第二转弯波导通过十字回转结与所述方圆过渡波导相连。

作为优选，所述十字回转结上设置有两对与所述第一转弯波导、所述第二转弯波导相连的双接头，两对所述双接头之间设置有金属隔离块。

作为优选，所述双槽馈源喇叭包括由外至内依次设置的第一环形喇叭壁、第二环形喇叭壁、第三环形喇叭壁，所述第三环形喇叭壁套设于所述传输波导上，且所述第一环形喇叭壁、所述第二环形喇叭壁、所述第三环形喇叭壁的中轴线与所述传输波导的中轴线重合设置；所述第一环形喇叭壁、所述第二环形喇叭壁间形成有第一波纹槽，所述第二环形喇叭壁、所述第三环形喇叭壁之间形成有第二波纹槽。

作为优选，所述传输波导的波导内径为6.447mm。

作为优选，所述正交耦合器单元的标准基模端口为6.477mm×12.954mm。

作为优选，所述第一切比雪夫过渡波导、所述第二切比雪夫过渡波导均为4阶的切比雪夫阻抗匹配器。

作为优选，所述第一T型结、所述第二T型结均包括水平段、与所述水平段中部相连的竖直段，所述水平段上开设有以所述水平段的中轴线对称设置的三角切角，所述三角切角设置于所述水平段上与所述竖直段相连一端的相对端上。

作为优选，所述三角切角的底边长为4.8mm，高为4.6mm。

作为优选，所述第一转弯波导、所述第二转弯波导均为3切面转弯波导。

本申请的有益效果：

1、通过双槽波纹喇叭单元、正交耦合器单元的结构设置，简化双线极化馈源喇叭的结构；双槽馈源喇叭单元用于生成理想的辐射方向图，其对称性良好、相位中心稳定、波束宽度展宽；正交耦合器单元用于产生两个正交的极化波进行馈电，并提高馈源喇叭的交叉极化。

2、本申请双线极化馈源喇叭采用十字转环结构，减小两个极化的信号在公共波导端口的耦合，降低甚至消除信号间的影响，实现单个极化信号的独立传输，优化本申请双线极化馈源喇叭的交叉极化性能。

3、本申请的双线极化馈源喇叭采用切比雪夫滤波器的变化结构，使基模端口的阻抗匹配度更高，从而展宽工作频带。

4、本申请的双线极化馈源喇叭采用对称模的结构在公共波导端口设置双接头的形式对两个相互干涉正交的极化波进行传输，并在两对双接头之间设置金属隔离块，从而有效地减小两个垂直极化信号在公共波导端口处相遇时的互相影响，提高正交耦合器单元的极化隔离度，从而提高本申请双线极化馈源喇叭的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例双线极化馈源喇叭的结构示意图

图2是本申请实施例双槽波纹喇叭单元的结构示意图；

图3是本申请实施例正交耦合器单元的结构示意图；

附图标记：100、双槽波纹喇叭单元；110、传输波导；120、双槽馈源喇叭；121、第一环形喇叭壁；122、第二环形喇叭壁；123、第三环形喇叭壁；124、第一波纹槽；125、第二波纹槽；200、正交耦合器单元；201、第一输入接口；202、第二输入接口；203、第一切比雪夫过渡波导；204、第一T型结；205、第一转弯波导；206、第二切比雪夫过渡波导；207、第二T型结；208、第二转弯波导；209、十字回转结；210、金属隔离块；300、方转圆过渡波导。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例：参考图1所示的一种双线极化馈源喇叭，包括依次连接的双槽波纹喇叭单元100、方转圆过渡波导300、正交耦合器单元200。双槽波纹喇叭单元100用于生成理想的辐射方向图。正交耦合器单元200则用来产生两个正交的极化波进行馈电，并提高双线极化馈源喇叭的交叉极化。

具体地，双槽波纹喇叭单元100包括传输波导110、双槽馈源喇叭120。传输波导110可以是现有技术中任意一种波纹喇叭的传输波导分，其两端分别与方转圆过渡波导300、双槽馈源喇叭120相连。传输波导110的工作频率通常是已知的，为满足在该工作频段内的主要工作模式TE₁₁模的传输条件，其内径尺寸为国标尺寸。当工作频段为15-23GHz时，传输波导110的波导内径为6.447mm。

双槽馈源喇叭120包括由外至内依次设置的第一环形喇叭壁121、第二环形喇叭壁122、第三环形喇叭壁123，第三环形喇叭壁123套设于传输波导110上(二者通过现有技术中的连接方式进行连接，例如：第三环形喇叭壁123通过圆形波导法兰安装于传输波导110上)，且第一环形喇叭壁121、第二环形喇叭壁122、第三环形喇叭壁123的中轴线与传输波导110的中轴线重合设置；第一环形喇叭壁121、第二环形喇叭壁122间形成有第一波纹槽124，第二环形喇叭壁122、第三环形喇叭壁123之间形成有第二波纹槽125。双槽馈源喇叭120具有相位中心稳定，方向图对称性好、带宽宽和加工容易的特点。在双槽波纹喇叭单元100中，电场的传输模式从TE₁₁模转变为HE₁₁，对于本实施例中双槽馈源喇叭120的结构设置，其辐射方向图中，E面和H面的方向图一致，对称性良好，中心照射区域幅度稳定性好，且其交叉极化也较低，在具体实施过程中，从双槽馈源喇叭120的相位方向图表现为：馈源中心波束范围内，相位趋于平稳，无明显相位波动。这样设置的好处是，通过第一波纹槽124和第二波纹槽125的结构设置，增加了双槽馈源喇叭120的内壁高度，而其传输模式几乎不受影响，并能够使其辐射方向图的波瓣宽度增加5-10°。

正交耦合器单元200包括第一输入接口201、与第一输入接口201垂直设置的第二输入接口202、与第一输入接口201相连的第一切比雪夫过渡波导203、通过第一T型结204与第一切比雪夫过渡波导203相连的第一转弯波导205、与第二输入接口202相连的第二切比雪夫过渡波导206、通过第二T型结207与第二切比雪夫过渡波导206相连的第二转弯波导208，第一转弯波导205、第二转弯波导208通过十字回转结209与方圆过渡波导300相连。第一输入接口201可以是现有技术中正交耦合器的垂直或水平馈电端口，在本实施例中，第一输入接口201为垂直馈电端口；第二输入接口202可以是现有技术中正交耦合器的上与第一输入接口201相对应的水平或垂直馈电端口，在本实施例中，第二输入接口202为水平馈电端口。第一T型结204、第二T型结207均是以现有技术为基础，采用在现有的T型结的中间位置切割了三角形切角(三角切角)代替现有技术中金属探针，起到功率平均分配的作用，其基模端口的工作带宽内回波损耗优于30dB。

十字回转结209以现有技术为基础，在本实施例中，十字回转结209上设置有两对与第一转弯波导205、第二转弯波导208相连的双接头，两对双接头之间设置有金属隔离块210。金属隔离块210用于减小两个垂直的极化在公共端口相遇时的相互影响作用，提高OMT的极化隔离度，在本实施例中，金属隔离块210为长方体金属块，其长宽高分别为5.7mm、5.7mm、2.7mm。

正交耦合器单元200的标准基模端口为6.477mm×12.954mm。第一切比雪夫过渡波导203、第二切比雪夫过渡波导206均为2～6阶形式的切比雪夫阻抗匹配器，在本实施例中，选用4阶形式的切比雪夫阻抗匹配器，实现电磁波从TE₀₁到TE₁₁的模式转变，然后采用T型结对传输的TE₁₁模进行功率平均分配。

第一T型结205、第二T型结208均包括水平段、与水平段中部相连的竖直段，水平段上开设有以水平段的中轴线对称设置的三角切角，三角切角设置于水平段上与竖直段相连一端的相对端上。作为一种优选，在具体实施过程中，调整三角切角斜边(反射面)的尺寸可以实现TE₁₁模均分时的最优解，在本实施例中，三角切角的最优解为：底边长为4.8mm，高为4.6mm。第一转弯波导205、第二转弯波导208均为3切面转弯波导。

基于上述结构构成的双线极化馈源喇叭，其工作频率为15-23GHz，相对工作带宽大于42％，极化方式为双线极化，两个端口在工作频段内的回波损耗均优于20dB，驻波比小于1.3，端口隔离度小于-55dB。工作频段内，双线极化馈源喇叭的辐射方向图E面和H面一致且旋转对称，交叉极化小于-40dB，波瓣宽度为60°±4°，中心波束±15°范围内幅度变化小于1dB，相位变化小于5°，相位中心波动小于3mm，增益变化不超过1.5dBi。

本实施例双线极化馈源喇叭的工作原理：

当正交耦合器单元200的第一输入接口201或第二输入接口202激励起基模TE₀₁或者TE₁₀模时，基模的能量通过切比雪夫阻抗匹配器被传递到与馈电端口相对应连接的第一T型结204或第二T型结207中并均分为两部分，而后又通过对应的第一转弯波导205或第二转弯波导208传输到十字回转结209中，通过金属隔离块210调节阻抗匹配最终转换成TE₁₁模输出至公共波导端口。由于在对称分支内，不对称高阶模电场相反，因此，当基模通过第一T型结204或第二T型结207功率相加时，非对称高阶模被抵消。TE₁₁模通过方圆过渡波导300传输到双槽波纹喇叭单元100中，输出理想的辐射方向图。

以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (9)

1.一种双线极化馈源喇叭，其特征在于，包括依次连接的双槽波纹喇叭单元(100)、方转圆过渡波导(300)、正交耦合器单元(200)；所述双槽波纹喇叭单元(100)包括传输波导(110)、双槽馈源喇叭(120)，所述传输波导(110)的两端分别与所述方转圆过渡波导(300)、所述双槽馈源喇叭(120)相连；所述正交耦合器单元(200)包括第一输入接口(201)、与所述第一输入接口(201)垂直设置的第二输入接口(202)、与所述第一输入接口(201)相连的第一切比雪夫过渡波导(203)、通过第一T型结(204)与所述第一切比雪夫过渡波导(203)相连的第一转弯波导(205)、与所述第二输入接口(202)相连的第二切比雪夫过渡波导(206)、通过第二T型结(207)与所述第二切比雪夫过渡波导(206)相连的第二转弯波导(208)，所述第一转弯波导(205)、所述第二转弯波导(208)通过十字回转结(209)与所述方圆过渡波导(300)相连。

2.根据权利要求1所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述十字回转结(209)上设置有两对与所述第一转弯波导(205)、所述第二转弯波导(208)相连的双接头，两对所述双接头之间设置有金属隔离块(210)。

3.根据权利要求1所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述双槽馈源喇叭(120)包括由外至内依次设置的第一环形喇叭壁(121)、第二环形喇叭壁(122)、第三环形喇叭壁(123)，所述第三环形喇叭壁(123)套设于所述传输波导(110)上，且所述第一环形喇叭壁(121)、所述第二环形喇叭壁(122)、所述第三环形喇叭壁(123)的中轴线与所述传输波导(110)的中轴线重合设置；所述第一环形喇叭壁(121)、所述第二环形喇叭壁(122)间形成有第一波纹槽(124)，所述第二环形喇叭壁(122)、所述第三环形喇叭壁(123)之间形成有第二波纹槽(125)。

4.根据权利要求1所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述传输波导(110)的波导内径为6.447。

5.根据权利要求4所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述正交耦合器单元(200)的标准基模端口为6.477mm×12.954mm。

6.根据权利要求1或4所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述第一切比雪夫过渡波导(203)、所述第二切比雪夫过渡波导(206)均为2～6阶形式的切比雪夫阻抗匹配器。

7.根据权利要求1或4所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述第一T型结(205)、所述第二T型结(208)均包括水平段、与所述水平段中部相连的竖直段，所述水平段上开设有以所述水平段的中轴线对称设置的三角切角，所述三角切角设置于所述水平段上与所述竖直段相连一端的相对端上。

8.根据权利要求7所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述三角切角的底边长为4.8，高为4.6mm。

9.根据权利要求1所述的双线极化馈源喇叭，其特征在于，所述第一转弯波导(205)、所述第二转弯波导(208)均为3切面转弯波导。

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