CN117913544A - 一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，属于卫星通信、遥感测控领域，其包括S/Ka同轴喇叭、S频段网络组件、Ka频段圆极化器、Ka频段正交器、滤波器。其中，S/Ka同轴喇叭内外导体分别与S频段网络组件和Ka频段圆极化器相连接；Ka频段正交器与Ka频段圆极化器相连接；滤波器与Ka频段正交器相连接。本发明利用S/Ka同轴喇叭利用四探针耦合S频段信号实现S频段馈源网络的小型化、集成化设计；Ka通道轮廓曲线采用样条拟合，易于加工、结构紧凑、性能优良；S频段网络组件为圆环形，与S/Ka同轴馈源嵌套安装，进一步缩短了馈源网络纵向长度。
Description
技术领域
本发明公开了一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，它涉及卫星通信、遥感测控领域，适用于中小口径反射面天线的馈源，具有结构紧凑、宽波束、高效率、匹配良好的特点。
背景技术
卫星通信地球站大量采用双频共用技术提高反射面复用率、扩大通信容量、节约资源，而同轴馈源是实现双频共用的常用装置。同轴馈源网络由高频通道和低频通道嵌套组合而成，适合于相邻频段的间隔带宽大于2:1的应用场合，其高低频信号拥有各自的传输通道，不同频段的信号有不同的辐射口径。
S/Ka双频共用同轴馈源S频段信号在同轴波导中传输，Ka频段信号在中心波导中传输，通过合理选择内径、外径、环结构、槽结构等关键参数，可以实现良好匹配和高效率辐射。但是由于S频段工作频率较低，馈源及其微波网络装置的体积和重量较大，难以应用于中小口径天线。
发明内容
本发明目的在于避免上述技术背景中出现的问题，提供一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置。具体的，该发明主要由S/Ka同轴喇叭、S频段网络组件、Ka频段圆极化器、Ka频段正交器、滤波器组成。本发明具有结构简单、体积小、重量轻、匹配良好、照射效率高等特点。并且该发明不含有波纹槽和齿结构，易于加工、免人工调试，能够满足卫星通信、遥感测控天线双频共用的需求。
本发明的目的是这样实现的：
一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，包括S/Ka同轴喇叭、S频段网络组件、Ka频段圆极化器、Ka频段正交器和滤波器，所述的S/Ka同轴喇叭的内、外导体分别与S频段网络组件和Ka频段圆极化器相连接，通过S频段网络组件进行S频段接收和S频段发射；
Ka频段圆极化器的另一端连接Ka频段正交器的双向端口；所述Ka频段的其中一输出端口用于Ka频段的发射，另一接收端口通过滤波器进行Ka频段的接收。
进一步的，所述S/Ka同轴喇叭的主体结构为圆筒结构，其内部设有与其中轴线重合的中心圆波导；S频段信号在圆筒结构内壁和中心圆波导外壁之间的同轴波导中传输，Ka频段信号在中心圆波导中传输；
S/Ka同轴喇叭通过同轴电缆与S频段网络组件连接，同轴电缆一端的外导体连接在圆筒结构的外壁，内导体贯穿至圆筒结构的内部，并与圆筒结构无接触形成同轴探针；S频段信号通过圆周方向均匀分布的4个同轴探针耦合进入S频段网络组件；Ka频段信号通过圆波导传输进入Ka频段圆极化器。
进一步的，所述S频段网络组件包括顺次连接的和差器、3dB电桥、滤波器和输出四个端口，输出四个端口分别为S频段左旋接收信号、S频段左旋发射信号、S频段右旋接收信号和S频段右旋发射信号。
进一步的，S频段网络组件为圆环状，采用L形弯脚件嵌套连接在S/Ka同轴馈源的外围。
进一步的，Ka频段馈源轴对称，且内腔截面形状为光滑样条曲线，其曲线公式为：a(z)＝ai+(a0-ai)*sin2(π*z/2/L)，其中，ai为Ka频段圆极化器的波导入口半径，a0为样条曲线的终点半径，L为样条曲线的总长度，z为距离Ka频段圆极化器的波导入口的距离。
本发明具有的创新特点主要如下：
1.本发明中S/Ka同轴喇叭利用四探针耦合S频段信号实现S频段馈源网络的小型化、集成化设计；
2.本发明S/Ka同轴喇叭中Ka通道轮廓曲线采用样条拟合，易于加工、结构紧凑、性能优良。
3.本发明中S频段网络组件为圆环形，与S/Ka同轴馈源嵌套安装，进一步缩短了馈源网络纵向长度。
4.本发明中同轴馈源不包含介质材料，馈源插入损耗小、环境适应性强，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明电气仿真的电压驻波比图。
图4是本发明电气仿真的辐射方向图。
图5是本发明电气仿真的辐射方向图。
附图标记说明：S/Ka同轴喇叭—1、S频段网络组件—2、Ka频段圆极化器—3、Ka频段正交器—4、滤波器—5.
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种S/Ka双频共用同轴馈源网络，包括S/Ka同轴喇叭、S频段网络组件、Ka频段圆极化器、Ka频段正交器、滤波器，其包括，所述的S/Ka同轴喇叭内外导体分别与S频段网络组件和Ka频段圆极化器相连接；Ka频段正交器与Ka频段圆极化器相连接；滤波器与Ka频段正交器相连接。
进一步的，S/Ka同轴喇叭S频段信号在同轴波导中传输，Ka频段信号在中心圆波导中传输。S频段信号通过圆周方向均匀分布的4个同轴探针耦合进入S频段网络组件；Ka频段信号通过圆波导传输进入Ka频段圆极化器。
进一步的，S频段网络组件包括和差器、3dB电桥、滤波器，输出四个端口，分别为S频段左旋接收信号、S频段左旋发射信号、S频段右旋接收信号和S频段右旋发射信号。
进一步的，S频段网络组件为圆柱形状，采用L形弯脚件嵌套连接在S/Ka同轴馈源的外围。
进一步的，Ka频段馈源轴对称，且内腔截面形状为光滑样条曲线，其曲线公式为：a(z)＝ai+(a0-ai)*sin2(π*z/2/L)。
其中，ai为Ka频段圆极化器的波导入口半径，a0为样条曲线的终点半径，L为样条曲线的总长度，z为距离Ka频段圆极化器的波导入口的距离。
参见图1，提供了一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，结构示意图参见图2，包括S/Ka同轴喇叭—1、S频段网络组件—2、Ka频段圆极化器—3、Ka频段正交器—4、滤波器—5。
对其电气的传输性能进行了验证，具体如下：
图3给出了在频带内反射系数，可看出在设计的带宽内反射系数比小于-25dB。
图4给出了S频带内辐射方向图计算结果，可看出在设计的带宽内E面和H面还有45deg面的主极化方向图，等化误差<1.5dB。
图5给出了Ka频带内辐射方向图计算结果，可看出在设计的带宽内E面和H面还有45deg面的主极化方向图，等化误差<1.5dB。
从结果可以看出，本发明与现有技术相比，S/Ka双频共用馈源网络实现了小型化、集成化设计，电气性能优良、结构紧凑、可靠性高。
本发明的简要工作原理：
S/Ka同轴喇叭中S频段信号在同轴波导中传输，Ka频段信号在中心圆波导中传输。其中S频段信号通过同轴探针耦合进入S频段网络组件实现收发频段分离、圆极化辐射接收。Ka频段信号在圆波导中传输，经过圆极化、正交器、滤波器实现Ka频段信号的接收及发射。
Claims (5)
1.一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，包括S/Ka同轴喇叭、S频段网络组件、Ka频段圆极化器、Ka频段正交器和滤波器，其特征在于，所述的S/Ka同轴喇叭的内、外导体分别与S频段网络组件和Ka频段圆极化器相连接，通过S频段网络组件进行S频段接收和S频段发射；
Ka频段圆极化器的另一端连接Ka频段正交器的双向端口；所述Ka频段的其中一输出端口用于Ka频段的发射，另一接收端口通过滤波器进行Ka频段的接收。
2.根据权利要求1所述的一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，其特征在于，所述S/Ka同轴喇叭的主体结构为圆筒结构，其内部设有与其中轴线重合的中心圆波导；S频段信号在圆筒结构内壁和中心圆波导外壁之间的同轴波导中传输，Ka频段信号在中心圆波导中传输；
S/Ka同轴喇叭通过同轴电缆与S频段网络组件连接，同轴电缆一端的外导体连接在圆筒结构的外壁，内导体贯穿至圆筒结构的内部，并与圆筒结构无接触形成同轴探针；S频段信号通过圆周方向均匀分布的4个同轴探针耦合进入S频段网络组件；Ka频段信号通过圆波导传输进入Ka频段圆极化器。
3.根据权利要求1所述的一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，其特征在于，所述S频段网络组件包括顺次连接的和差器、3dB电桥、滤波器和输出四个端口，输出四个端口分别为S频段左旋接收信号、S频段左旋发射信号、S频段右旋接收信号和S频段右旋发射信号。
4.根据权利要求1所述的一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，其特征在于，S频段网络组件为圆环状，采用L形弯脚件嵌套连接在S/Ka同轴馈源的外围。
5.根据权利要求1所述的一种S/Ka双频共用同轴馈源网络装置，其特征在于，Ka频段馈源轴对称，且内腔截面形状为光滑样条曲线，其曲线公式为：a(z)＝ai+(a0-ai)*sin2(π*z/2/L)，其中，ai为Ka频段圆极化器的波导入口半径，a0为样条曲线的终点半径，L为样条曲线的总长度，z为距离Ka频段圆极化器的波导入口的距离。
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