CN1158722C - 一种宽带、大功率、高隔离度正交极化馈源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带、大功率、高隔离度的正交极化馈源。本发明是在满足功率容量的条件下，压缩鳍线脊波导脊间距，将侧路双脊输入的TE₁₀模电磁波强制导引到辐射口面，同时在主路过渡段中嵌入一截止金属膜片，这样，它就使反向传输的电磁波快速衰减，迅速截止，本发明中，这两项措施的同时采用，使正交极化馈源在满足宽频带、大功率容量的同时，主路、侧路的隔离度有了质的提高，达到42dB以上。

Description

一种宽带、大功率、高隔离度正交极化馈源

技术领域：

本发明属于电子技术领域，特别涉及微波传输器件。

背景技术：

正交极化馈源是能实现双路馈入并传输正交极化电磁波模式的微波器件。

在公开本发明内容之前，首先介绍几个术语：

隔离度＝101gP1/P2dB，其中，P1是主路传输的微波功率，P2是侧路传输的微波信号渗入主路中的微波功率。

驻波比即电压驻波比，是指电磁波在传输过程中，相邻腹点电压与节点电压之比，通常称为驻波比或驻波。它是衡量微波器件匹配程度的关键指标，当微波器件与微波传输线路完全匹配时，电压驻波比等于1。

目前国内外相关科研机构对能实现双路馈入、传输并辐射正交极化电磁波模式的微波器件即正交极化馈源的研制工作已进行多年，在正交极化馈源中，正交极化耦合器是起着一种能将两路正交极化波耦合到波导中并定向传输的微波器件，它包括主路矩形波导耦合器和侧路双脊波导鳍线耦合器两部分。从理论上讲，金属方波导中传输的TE10模和TE01模是一对理想的正交模式，它们之间的传输是各自独立、相互隔离、相互垂直的，但实际上在方波导耦合段，主路激励的TEo1，模和侧路激励的TE10。模将不可避免的产生互耦。这种现象在正交极化馈源承载大功率时，尤其显著。因此，如何将主、侧路波导的互耦降到最低，即主、侧路隔离度尽量高，是提高正交极化馈源质量的关键所在。就我们所知，国内的研制情况是：原电子部29所利用耦合谐振窗方法在80年代初研制成功3厘米频段的正交极化天线，其工作带宽较窄、隔离度达到18dB，原电子部51所、29所先后研制成功中功率的双脊波导正交极化天线，这些天线带宽达到2∶1带宽，但隔离度均未大于25dB。技术报道有1)(＜ECW宽带双圆极化喇叭天线的设计)作者是马升荣，见1988年NO：1电子对抗技术，该文介绍的ECW宽带双圆极化喇叭天线的工作带宽达到8-18GHz，电压驻波比小于2，隔离度为22dB，承载功率连续波达200W：2)《电子战四脊喇叭天线》作者是腾秀文，见]994年第四期电子对抗技术，该文介绍的由双路同轴线激励的四脊正交极化天线的工作带宽为2-18GHz，端口隔离度为20dB，承载功率仅有1W，由于该天线激励电磁波模式不纯，匹配不理想，电压驻波比的典型值为3.5∶3)《带特种旋转关节的双极化天线的研究》作者是唐益民.该文介绍的带特种旋转关节的双极化天线由双脊鳍线构成，其中主路微波从端口9输入向端口11传输，侧路微波从端口10输入向端口11传输，见图4所示。它的工作带宽为8-18GHz，隔离度为22dB，电压驻波比小于2，承载功率连续波200W。国外的情况就发明人所知，大概情况是：在80年代初期，意大利电子公司研制的主路双脊波导输入、侧路N型同轴输入的正交极化馈源，其工作带宽为8～16.5GHz，驻波小于2，隔离度为20dB，承载功率连续波200W。技术报道有：《Theortho-modetransduceroffers a keytO polarization diversity in EWSystems》(正交模变换器——一种在电子战系统中能提供多样极化的关键器件)，作者是Schlegel H & Fowler WD，见1984年Microwave System News1984，14，该文介绍了Adams-Russell公司研制的正交极化变换器，其工作带宽6.5～18.2GHz，驻波小于2，隔离度为30dB以上，可承载功率连续波1KW，但它斜45°倾斜的四脊波导输出方式在天线应用上受到了很大的局限性，见图5所示，其中主路的脊与侧路的脊成45°倾斜。这种类型的正交极化器只能用于中小功率情况下工作。

纵上所述，可以知道，现有技术的不足：它们一般只能在中小功率的情况下工作，而且隔离度低，不超过30dB。

发明内容：

本发明的任务是提供一种宽带、大功率、高隔离度的正交极化馈源，它的主路功率达到100KW以上，侧路功率达到1000W以上，隔离度达到42dB以上。

现有技术的正交极化馈源由主路矩形波导——方波导过渡段1、侧路双脊波导——侧路鳍线脊波导过渡段2、正交极化耦合段3、喇叭辐射器4组成，其工作原理是通过主路矩形波导——方波导过渡段1传输的电磁波和侧路鳍线脊波导过渡段2传输的电磁波在正交极化耦合段3形成TE₀₁模和TE₁₀模的正交极化场，经喇叭辐射器4完成对S波段10米×3米切割抛物面天线的前馈照射，见图1所示。为了达到宽频带、大功率容量、主侧路端口高隔离度工作的目的，在满足传输连续波功率主路1承载150KW和侧路2承载1500W正常工作的前提下，本发明采用将侧路鳍线脊波导过渡段2的脊距离压窄，即在侧路鳍线脊波导过渡段2与主路矩形波导——方波导过渡段1相连的喉颈区域，双脊形鱼鳍线的脊间距被压窄，它和侧路鳍线脊波导过渡段2及方波导段1的连接靠直线型双脊过渡段7双脊过渡段和指数型双脊过渡段8双脊过渡段分别实现。由于侧路鳍线脊波导过渡段2的电磁波能量主要约束在双脊附近，通过变换脊间距的方法，强制性地将电磁波能量更进一步地束缚在双脊附近，靠鱼鳍线双脊的主动牵引，完成侧路鳍线脊波导过渡段2TE₁₀耦合到方波导中形成主路矩形波导——方波导过渡段1TE₁₀模，这样，就使侧路鳍线脊波导过渡段2双脊输入的TE₁₀模电磁波被强制约束着由正交极化耦合段3向喇叭辐射口4方向传输，见图2所示。这是本正交极化馈源在宽频带内改善匹配，实现高隔离度的第一个关键点，是本发明的主要创新点之一。

本发明还提出在主路矩形波导——方波导过渡段1的窄边嵌入一个(锥削)截止波导金属膜片6，该截止波导金属膜片6将主路矩形波导——方波导过渡段1的波导一分为二，使主路波导过渡段1的俯仰尺寸缩小一半，见图3所示。基于截止波导理论，该截止波导金属膜片6并不改变主路1电磁波TE₀₁模的传输和场分布。但相对于侧路2耦合的电磁波TE₁₀而言，由于该截止波导金属膜片6将主路矩形波导——方波导过渡段1的波导一分为二，使主路矩形波导——方波导过渡段1的俯仰尺寸缩小一半，也就是说，它使波导的物理尺寸相对于后向传输的电磁波TE₁₀模而言短于截止尺寸，因此，侧路鳍线脊波导过渡段2耦合的电磁波TE₁₀模朝主路端口传输时迅速截止，由此，实现了高隔离度。这是本正交极化馈源在宽频带内改善匹配，实现高隔离度的第二个关键点，也是本发明的主要创新点之二。

在满足功率容量的条件下，在制作正交极化馈源的过程中，压缩鳍线脊波导脊间距，将侧路鳍线脊波导过渡段2双脊输入的TE₁₀模电磁波强制导引到辐射口面，同时在主路矩形波导——方波导过渡段中嵌入一截止金属膜片，它使波导物理尺寸相对于后向传输的电磁波而言短于截止波导尺寸，这样，它就便反向传输的电磁波快速衰减，迅速截止，本发明中，这两项措施的同时采用，使正交极化馈源在满足宽频带、大功率容量的同时，主路、侧路的隔离度有了质的提高，达到42dB以上。

附图及附图说明：

图1是正交极化馈源的结构示意图，其中，1为主路矩形波导——方波导过渡段，2为侧路双脊波导即侧路鳍线脊波导过渡段，3为正交极化耦合段，4为喇叭辐射器，5为聚四乙烯密封罩；

图2是正交极化馈源图1的A——A剖示图，其中，2为侧路双脊波导既鲒线脊波导过渡段，6为截止波导金属膜片；7为直线型双脊过渡段，8为指数型双脊过渡段；

图3是正交极化馈源图1的B——B剖示图，其中，6为截止波导金属膜片；

图4是传统的正交极化馈源的正交耦合段，其中：9是主路输入端口，10是侧路输入端口，11是正交极化馈源的输出端口：

图5是主路和侧路的脊倾斜45°的传统的正交极化馈源的正交耦合段，其中，11是主路输入端口，10是侧路输入端口，12是正交极化馈源的输出端口。

具体实施方式：

主路矩形波导——方波导过渡段1采用BJ-32，侧路鳍线脊波导过渡段2采用24SJ2000，13mm＞脊间距＞8.4mm，采用锥型金属膜片的宽度为16.5mm，组成正交极化馈源，其隔离度达42dB。由该正交极化馈源馈电的10米×3米切割抛物面天线，达到的指标为：

工作频率：2～4GHz；

抛物面天线增益：38.8～42.6dB；

抛物面天线方位面半功率波束宽度：主路为1.22°～1.0°，侧路为1.18°～0.75°；

抛物面天线俯仰面半功率波束宽度：主路为2.32°～1.86°，侧路为3.26°～2.87°；

抛物面天线电压驻波比小于2.0。

Claims (2)

1、一种宽带大功率高隔离度正交极化馈源，由主路矩形—方波导过渡段(1)、侧路鳍线脊波导过渡段(2)、正交极化耦合段(3)、喇叭辐射器(4)组成，其特征是：将侧路鳍线脊波导过渡段(2)的脊距离压窄，即在侧路鳍线脊波导过渡段(2)与主路矩形—方波导过渡段(1)相连的喉颈区域，双脊形鱼鳍线的脊间距被压窄，它和侧路鳍线脊波导过渡段(2)及主路矩形—方波导过渡段(1)的连接靠直线型双脊过渡段(7)和指数型双脊过渡段(8)分别实现；在主路矩形—方波导过渡段(1)的窄边嵌入一个截止波导金属膜片(6)，该截止波导金属膜片(6)将主路矩形—方波导过渡段(1)的波导一分为二，使主路矩形—方波导过渡段(1)的俯仰尺寸缩小一半。

2、根据权利要求1所述的一种宽带大功率高隔离度正交极化馈源，其特征是：所述的侧路鳍线脊波导过渡段(2)的脊距离被压窄的范围是：13mm＞脊间距＞8.4mm；所述的截止波导金属膜片(6)为锥销型金属膜片，它的宽度为16.5mm。

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