CN114204267B - 一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，属于卫星通信技术领域。其同轴馈源喇叭与同轴圆极化器的一个端口连接，同轴圆极化器的另一个端口与同轴过渡波导直径较大的一个端口连接，同轴过渡波导直径较小的端口与同轴正交模耦合器的圆口连接，同轴馈源喇叭、同轴波导圆极化器、同轴过渡波导、同轴正交模耦合器的同轴内芯圆波导一体化制作成型，隔板正交模耦合器在同轴正交模耦合器的后端与同轴内芯圆波导连接，隔板正交模耦合器的两个矩形端口均连接有连接波导，且其中一个端口经连接波导后与阻发滤波器连接。本发具有集成化、体积小、且性能优良的特点，能够满足小口径收发共用天线的应用。

Description

一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络

技术领域

本发明涉及卫通通信技术领域，特别涉及一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络。

背景技术

卫星通信的应用变得越来越广泛，由于频率资源的极度紧张，通过利用各种复用技术使得卫星通信反射面天线的使用带宽得以扩大，卫星通信就能够实现多个频段的共同使用，这些功能主要由馈电系统来完成。目前，卫星通信天线向着多极化、多频段、宽带化等方向发展，同时还要满足小型化、重量轻、造价低等要求。作为卫星通信天线系统的关键部件，馈源网络系统的性能至关重要，直接影响着整个天线系统的效率、旁瓣和交叉极化等性能指标。

目前，多频段馈源网络系统主要实现型式有共喷口喇叭馈源网络系统、多喇叭馈源网络系统和同轴馈源网络系统。共喷口喇叭馈源网络系统由多频馈源和多频分波器组成，其中多频馈源通常采用波纹喇叭或光壁喇叭的结构形式，可较好解决馈源的多频复用问题，然而所有频段的信号均在喇叭公共口中传播，喇叭中模式较为复杂，因此后端需要多频分波网络将不同频段、不同极化方向的信号耦合出去，馈源网络设计难度较大；多喇叭馈源网络系统是由多个喇叭拼阵排列组成，主要以五喇叭馈源网络为主，相比于共喷口喇叭馈源网络系统，该系统省去了后端多频分波结构，但当高低频间隔较小时，外围喇叭拼阵间距较大，馈源照射反射面效率偏低，影响天线的整体性能；同轴馈源网络系统由同轴馈源及后端馈电网络组成，不同频段的信号在相对独立的通道中传播，频段间隔离较好，在高低频率间隔较大时，可很好兼顾高低频段的性能，馈源的整体性能优良。

传统的多频同轴馈源系统的低频同轴波导传输通道，实现圆极化工作的方法有两种，一种是在同轴分波器之后，将两个正交极化信号采用十字转门合成器合成之后，采用波导圆极化器和正交模耦合器实现，二是将两个正交极化信号分别合成后，采用90°3dB电桥实现。第一种方法由于部件多，轴向尺寸较大，第二种方法采用3dB电桥实现，对两路正交极化的相位一致性要求高，很难达到较好的圆极化性能。采用上述两种方法的馈源网络系统尺寸较大，无法满足小口径天线的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络。本发明具有具有结构紧凑，体积小、性能优良的特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，包括同轴馈源喇叭(1)、同轴圆极化器(2)，同轴过渡波导(3)，同轴正交模耦合器(4)，隔板正交模耦合器(5)，高频段阻发滤波器(6)和连接波导(7)；所述同轴馈源喇叭(1)与同轴圆极化器(2)的一端连接，同轴圆极化器(2)的另一端通过同轴过渡波导(3)与同轴正交模耦合器(4)的圆口连接；所述同轴馈源喇叭(1)、同轴圆极化器(2)、同轴过渡波导(3)和同轴正交模耦合器(4)四者的同轴波导内波导(11)为一体化结构；所述隔板正交模耦合器(5)位于正交模耦合器(4)的末端，且与同轴波导内波导连接，隔板正交模耦合器(5)的两个矩形端口均连接有连接波导(7)，且其中一个连接波导与高频段阻发滤波器(6)连接。

进一步的，所述同轴圆极化器(2)外波导内壁上设有多个椭圆环状的金属膜片，所述同轴波导内波导穿过金属膜片的中心。

进一步的，所述同轴波导正交耦合器包括同轴波导外波导、同轴波导内波导、低频段耦合波导、高频段耦合波导和短路片；所述同轴波导内波导位于同轴波导外波导内部，两者轴线重合构成同轴波导；所述同轴波导外波导上沿波导信号的传输方向依次开设有低频耦合孔和高频耦合孔，其中，低频耦合孔与同轴波导轴心的连线和高频耦合孔与同轴波导轴心的连线呈90°夹角；所述低频耦合孔与低频段耦合波导连接，高频耦合孔与高频段耦合波导连接；

所述同轴波导外波导上还开设有槽缝；在同轴波导的延伸方向上，槽缝位于低频耦合孔和高频耦合孔之间，且其中一槽缝与高频耦合孔的连线与同轴波导的轴线平行；所述短路片位于槽缝中，且与同轴波导内波导有接触。

进一步的，所述同轴波导正交耦合器还包括波导反射腔，所述同轴波导外波导上还设有波导反射腔连接孔；所述波导反射腔通过波导反射腔连接孔与同轴波导连接；所述波导反射腔和高频段耦合波导位于同轴波导外波导的相对位置，波导反射腔和高频段耦合波导的连线垂直于同轴波导的轴线。

进一步的，所述同轴波导正交耦合器还包括波导吸收负载；所述同轴波导外波导上还开有波导负载连接孔；在同轴波导的延伸方向上，所述波导负载连接孔位于槽缝和高频耦合孔之间；所述波导吸收负载通过波导负载连接孔与同轴波导连接。

进一步的，所述波导吸收负载设有两个，两个吸收波导负载的连线垂直于同轴波导的轴线。

进一步的，所述波导吸收负载包括矩形波导腔和位于矩形波导腔内的吸收材料；所述矩形波导腔的入口端设有用于与吸收负载连接孔匹配的膜片。

进一步的，所述高频耦合孔和波导反射腔连接孔均设置有用于改善高频信号的匹配台阶。

进一步的，所述低频段耦合波导中加载有用于阻抗匹配和抑制高频信号的调谐腔体。

进一步的，所述的槽缝设有两个，两个槽缝对置，两者的连线垂直于同轴波导的轴线。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明通过采用同轴馈源喇叭、同轴圆极化器、同轴正交模耦合器等同轴波导型器件，实现了同轴系统的集成化设计。

本发明功能的实现，主要是高频和低频两种微波信号的传输和辐射是通过相对独立的通道来完成的，低频段信号在外围同轴波导中传播，并由同轴波导器件实现线圆极化的转换和收发信号的分离；高频信号在内部圆波导中传播，两频段间隔离较好，且能够避免复杂的多频分波结构，大大简化馈源网络的组成，馈源网络结构紧凑，体积小，非常适用于小口径天线。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中同轴圆极化器结构示意图和剖面视图。

图3是本发明实施例中同轴正交模耦合器结构示意图。

图4是本发明实施例中同轴正交模耦合器的同轴波导外波导示意图。

图5是本发明实施例中同轴正交模耦合器的同轴波导外波导垂直面剖面图。

图6是本发明图4的垂直面剖面图。

图7是本发明图4的水平面剖面图。

图中：同轴馈源喇叭—1，同轴圆极化器—2，同轴过渡波导—3，同轴正交模耦合器—4，隔板正交模耦合器—5，高频段阻发滤波器—6，连接波导—7，金属膜片—8，同轴波导外波导—9，低频段耦合波导—10，同轴波导内波导—11，高频段耦合波导—12，短路片—13，第一波导吸收负载—14-1，第二波导吸收负载—14-2，波导反射腔—15，低频耦合孔—16，高频耦合孔—17，波导反射腔连接孔—18，第一波导负载连接孔—19-1，第二波导负载连接孔—19-2，第一槽缝—20-1，第二槽缝—20-2，第一方形调配孔—21-1，第二方形调配孔—21-2，第一圆形调配孔—22-1，第二圆形调配孔—22-2，圆台过渡—23，矩形波导腔—24，吸收材料—25，膜片—26，匹配台阶—27，匹配台阶—28，调谐腔体—29。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，包括同轴馈源喇叭、同轴圆极化器，同轴过渡波导，同轴正交模耦合器，隔板正交模耦合器，高频段阻发滤波器和连接波导；所述的同轴馈源喇叭与同轴圆极化器的一个端口连接，同轴圆极化器的另一个端口与同轴过渡波导直径较大的一个端口连接，同轴过渡波导直径较小的端口与同轴正交模耦合器的圆口连接，所述的同轴馈源喇叭、同轴圆极化器，同轴过渡波导，同轴正交模耦合器的同轴内芯圆波导一体化制作成型，所述的隔板正交模耦合器在同轴正交模耦合器的后端与同轴内芯圆波导连接，隔板正交模耦合器的两个矩形端口均连接有连接波导，且其中一个端口经连接波导后与阻发滤波器连接。

进一步的，所述的同轴圆极化器外波导内部设置有一组椭圆型金属膜片。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器，包括同轴波导外波导、低频段耦合波导、同轴波导内波导、短路片、高频段耦合波导、波导吸收负载和波导反射腔；所述的同轴波导外波导与同轴波导内波导同轴连接，组成同轴波导；所述的同轴波导外波导开低频耦合孔，连接低频段耦合波导，实现低频信号的传输；所述的同轴波导外波导开高频耦合孔，连接高频段耦合波导，实现高频信号的传输；所述的低频耦合孔与高频耦合孔成在同轴波导外波导上成90度夹角；所述的短路片由同轴波导上的槽缝插入与同轴波导内波导良好接触，且位置在低频耦合孔与高频耦合孔之间。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导设置有波导反射腔连接孔，与波导反射腔相连接，以使的高频信号完全由高频耦合孔传输。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导设置有相对的两个波导负载连接孔，与吸收负载相连接，吸收高频信号的反极化分量，改善高频信号的传输性能。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导上在低频耦合孔前设置圆形调配孔，可插入调配螺钉，改善低频信号的传输性能，且圆形调配孔与低频耦合孔成90度夹角。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导上在高频耦合孔后设置方形调配孔，可插入方形金属调配柱，改善高频信号的传输性能，且方形调配孔与高频耦合孔成90度夹角。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导的高频耦合孔后设置圆台过渡，连接同轴波导内波导后，形成同轴波导短路面。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的吸收负载由矩形波导腔、吸收材料组成，在矩形波导腔的入口处设置有膜片，用来与吸收负载连接孔匹配。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的高频耦合孔和波导反射腔连接孔均设置匹配台阶，改善高频信号的传输性能。

进一步的，所述的同轴正交模耦合器的低频段耦合波导中加载有调谐腔体，同时起到阻抗匹配和抑制高频信号的作用。

下面为一更具体的实施例：

参见图1至图5，本实施例提供了一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，包括同轴馈源喇叭1、同轴圆极化器2，同轴过渡波导3，同轴正交模耦合器4，隔板正交模耦合器5，高频段阻发滤波器6和连接波导7；所述的同轴馈源喇叭与同轴圆极化器的一个端口连接，同轴圆极化器的另一个端口与同轴过渡波导直径较大的一个端口连接，同轴过渡波导直径较小的端口与同轴正交模耦合器的圆口连接，所述的同轴馈源喇叭、同轴圆极化器，同轴过渡波导，同轴正交模耦合器的同轴内芯圆波导一体化制作成型，所述的隔板正交模耦合器在同轴正交模耦合器的后端与同轴内芯圆波导连接，隔板正交模耦合器的两个矩形端口均连接有连接波导，且其中一个端口经连接波导后与阻发滤波器连接。

所述的同轴圆极化器外波导内部设置有一组椭圆型金属膜片8。

所述的同轴正交模耦合器，包括同轴波导外波导9、低频段耦合波导10、同轴波导内波导11、高频段耦合波导12、短路片13、波导吸收负载14-1和波导反射腔15；所述的同轴波导外波导与同轴波导内波导同轴连接，组成同轴波导；所述的同轴波导外波导开低频耦合孔16，连接低频段耦合波导，实现低频信号的传输；所述的同轴波导外波导开高频耦合孔17，连接高频段耦合波导，实现高频信号的传输；所述的低频耦合孔与高频耦合孔成在同轴波导外波导上成90度夹角；所述的短路片由同轴波导上的第一槽缝20-1、第二槽缝20-2插入与同轴波导内波导良好接触，且位置在低频耦合孔与高频耦合孔之间。

所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导设置有波导反射腔连接孔18，与波导反射腔相连接，以使的高频信号完全由高频耦合孔传输。

所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导设置有相对的两个波导负载连接孔，与吸收负载相连接，吸收高频信号的反极化分量，改善高频信号的传输性能。波导负载连接孔包括第一波导负载连接孔19-1和第二波导负载连接孔19-2。

所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导上在高频耦合孔后设置方形调配孔，可插入方形金属调配柱，改善高频信号的传输性能，且方形调配孔与高频耦合孔成90度夹角。方形调配孔包括第一方形调配孔21-1和第二方形调配孔21-2。

所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导上在低频耦合孔前设置圆形调配孔，可插入调配螺钉，改善低频信号的传输性能，且圆形调配孔与低频耦合孔成90度夹角。圆形调配孔包括第一圆形调配孔22-1和第二圆形调配孔22-2。

所述的同轴正交模耦合器的同轴波导外波导的高频耦合孔后设置圆台过渡23，连接同轴波导内波导后，形成同轴波导短路面。

所述的同轴正交模耦合器的吸收负载由矩形波导腔24、吸收材料25组成，在矩形波导腔的入口处设置有膜片26，用来与吸收负载连接孔匹配。

所述的同轴正交模耦合器的高频耦合孔和波导反射腔连接孔均设置匹配台阶27和28，改善高频信号的传输性能。

所述的同轴正交模耦合器的低频段耦合波导中加载有调谐腔体29，同时起到阻抗匹配和抑制高频信号的作用。

本发明与现有技术相比，结构紧凑，体积小，性能优良，适于更小口径天线的应用。

本发明的简要工作原理：

同轴馈源网络系统中高频和低频两种微波信号的传输和辐射是通过相对独立的通道来完成的，高频信号在内部圆波导中传播，低频信号在外围同轴波导中传播，两频段间隔离较好，且能够避免复杂的多频段分波结构。对于低频段信号，由同轴馈源喇叭接收到的信号，在外围同轴波导中由同轴圆极化器实现线圆极化信号的转换后、再由同轴正交模耦合器实现两个正交极化收发信号的分离，各功能器件可与同轴传输线集成化设计；对于高频段信号，由同轴馈源喇叭接收到的信号，在内部圆波导中传播，由隔板正交模耦合器中实现两个正交极化收发信号的传输，且由阻发滤波器提高收发隔离度。

Claims (9)

1.一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，包括同轴馈源喇叭(1)、同轴圆极化器(2)，同轴过渡波导(3)，同轴正交模耦合器(4)，隔板正交模耦合器(5)，高频段阻发滤波器(6)和连接波导(7)；其特征在于，所述同轴馈源喇叭(1)与同轴圆极化器(2)的一端连接，同轴圆极化器(2)的另一端通过同轴过渡波导(3)与同轴正交模耦合器(4)的圆口连接；所述同轴馈源喇叭(1)、同轴圆极化器(2)、同轴过渡波导(3)和同轴正交模耦合器(4)四者的同轴波导内波导(11)为一体化结构；所述隔板正交模耦合器(5)位于正交模耦合器(4)的末端，且与同轴波导内波导连接，隔板正交模耦合器(5)的两个矩形端口均连接有连接波导(7)，且其中一个连接波导与高频段阻发滤波器(6)连接；

所述同轴波导正交耦合器包括同轴波导外波导、耦合器同轴波导内波导、低频段耦合波导、高频段耦合波导和短路片；所述耦合器同轴波导内波导位于同轴波导外波导内部，两者轴线重合构成同轴波导；所述同轴波导外波导上沿波导信号的传输方向依次开设有低频耦合孔和高频耦合孔，其中，低频耦合孔与同轴波导轴心的连线和高频耦合孔与同轴波导轴心的连线呈90°夹角；所述低频耦合孔与低频段耦合波导连接，高频耦合孔与高频段耦合波导连接；

所述同轴波导外波导上还开设有槽缝；在同轴波导的延伸方向上，槽缝位于低频耦合孔和高频耦合孔之间，且其中一槽缝与高频耦合孔的连线与同轴波导的轴线平行；所述短路片位于槽缝中，且与同轴波导内波导有接触。

2.根据权利要求1所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于，所述同轴圆极化器(2)外波导内壁上设有多个椭圆环状的金属膜片，所述同轴波导内波导穿过金属膜片的中心。

3.根据权利要求1所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于，所述同轴波导正交耦合器还包括波导反射腔，所述同轴波导外波导上还设有波导反射腔连接孔；所述波导反射腔通过波导反射腔连接孔与同轴波导连接；所述波导反射腔和高频段耦合波导位于同轴波导外波导的相对位置，波导反射腔和高频段耦合波导的连线垂直于同轴波导的轴线。

4.根据权利要求1所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于，所述同轴波导正交耦合器还包括波导吸收负载；所述同轴波导外波导上还开有波导负载连接孔；在同轴波导的延伸方向上，所述波导负载连接孔位于槽缝和高频耦合孔之间；所述波导吸收负载通过波导负载连接孔与同轴波导连接。

5.根据权利要求4所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于：所述波导吸收负载设有两个，两个吸收波导负载的连线垂直于同轴波导的轴线。

6.根据权利要求5所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于：所述波导吸收负载包括矩形波导腔和位于矩形波导腔内的吸收材料；所述矩形波导腔的入口端设有用于与吸收负载连接孔匹配的膜片。

7.根据权利要求3所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于：所述高频耦合孔和波导反射腔连接孔均设置有用于改善高频信号的匹配台阶。

8.根据权利要求1所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于：所述低频段耦合波导中加载有用于阻抗匹配和抑制高频信号的调谐腔体。

9.根据权利要求1所述的一种小型化多频共用圆极化同轴馈源网络，其特征在于，所述的槽缝设有两个，两个槽缝对置，两者的连线垂直于同轴波导的轴线。

Images