CN203232958U

CN203232958U - 一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置

Info

Publication number: CN203232958U
Application number: CN2013202506216U
Authority: CN
Inventors: 邓智勇; 张文静; 杜彪; 李振生; 李勇; 阮云国
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，它采用在双槽深波纹槽的波纹喇叭内耦合出差模HE21模自跟踪信号，而且此双槽深波纹喇叭具有工作频带宽、增益高、旁瓣低、低交叉极化、低轴比等优良性能，本实用新型还具有馈电简单、结构紧凑，加工成本低等特点，适用于用作L/S/C、S/X和X/Ka等多频段多跟踪共用卫星通信和测控天线的馈源。

Description

一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置

技术领域

本实用新型涉及通信广播、测控以及导航领域中的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，特别适用于需要多频段同时实现单脉冲跟踪的系统或结构要求非常紧凑情况下的各种卫星通信站天线。

背景技术

大多数地球站天线要求具有天线指向跟踪能力,以使天线对准绕地球旋转的卫星。目前天线跟踪方式主要采用：圆锥扫描跟踪、步进跟踪、程序引导跟踪、单脉冲跟踪，其中单脉冲跟踪以其精度高、速度快等特点而被广泛应用于跟踪中、低轨卫星天线中。单脉冲跟踪目前应用比较多的方式主要为：

1、四喇叭合成方式：这是一种原理清晰、加工容易且比较实用的方式，但是在双频段馈源天线中应用这种结构导致馈源对天线的照射效率低，且容易使两个频段的波束产生偏差，影响天线跟踪。

2、圆波导TE₂₁模方式：这是一种原理清晰、天线的照射效率高、和差波束一致性比较好的方式，它的不足之处在于TE₂₁模耦合器采用8臂耦合波导合成结构：8根矩形波导通过8排小孔与圆波导耦合。这种结构形式导致加工复杂、结构尺寸大。

3、圆波导TM₀₁模方式：此方式结构简单紧凑、成本低廉、极化调整方便，但是此跟踪方式工作频带比较窄。

中国专利号为03103242.7，名称为《双槽结构双频段共用波纹喇叭馈源》专利中公开了一种双槽结构双频段共用波纹喇叭馈源，中国专利号为01225820.2，名称为《高性能宽频带双槽深波纹喇叭馈源》专利中公开了一种高性能宽频带双槽深波纹喇叭馈源，这两种波纹喇叭馈源均为双槽深结构喇叭馈源，且只能传输主模HE₁₁模通信信号，而不具有从双槽深波纹喇叭内耦合出HE₂₁模的功能。

中国专利号为90203857.5，名称为《天线馈源网络装置》专利中公开了一种天线馈源网络装置，它主要由波纹喇叭和TM₀₁模耦合器等部件组成，不是直接从波纹槽内耦合出HE₂₁模信号实现单脉冲自跟踪功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种双槽深波纹喇叭差模耦合的馈源装置，在双槽深波纹槽的波纹喇叭内耦合出差模HE₂₁模自跟踪信号，此双槽深波纹喇叭具有工作频带宽、增益高、旁瓣低、低交叉极化、低轴比等优良性能。本实用新型还具有馈电简单、结构紧凑、加工成本低等特点，适用于用作L/S/C、S/X和X/Ka等多频段多跟踪共用卫星通信和测控天线的馈源。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，包括双槽结构波纹喇叭和馈源网络，双槽结构波纹喇叭由过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4和辐射段5组成；其特征在于：所述的变频段3为由多个槽周期组成的双槽结构形式，在变频段中部的一个槽周期处相对应的波纹喇叭的圆周上均匀依次开设有第一至第八耦合口3-1至3-8，每个耦合口之间的夹角为45度。

其中，所述的耦合口的形状为矩形。

其中，所述的馈源网络包括八个低通滤波器、八个波导同轴转换器、第一至第六微带合差器、微带3dB电桥和同轴电缆；其中，第一耦合口3-1和第五耦合口3-5输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第一微带合差器6-1，第一微带合差器6-1将进入的两路信号进行相加后输出第一路水平线极化分支信号；第三耦合口3-3和第七耦合口3-7输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第二微带合差器3-2，第二微带合差器3-2将进入的两路信号进行相加后输出第二路水平线极化分支信号；将第一路水平线极化分支信号和第二路水平线极化分支信号分别输入第三微带合差器6-3进行相减处理后输出水平线极化信号；

第二耦合口3-2和第六耦合口3-6输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第四微带合差器6-4，第四微带合差器6-4将进入的两路信号进行相加后输出第一路垂直线极化分支信号；第四耦合口3-4和第八耦合口3-8输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第五微带合差器6-5，第五微带合差器6-5将进入的两路信号进行相加后输出第二路垂直线极化分支信号；将第一路垂直线极化分支信号和第二路垂直线极化分支信号分别输入第六微带合差器6-6进行相减处理后输出垂直线极化信号；

垂直线极化信号与水平极化信号经微带3dB电桥7输出天线自跟踪信号。

其中，所述的耦合口开设在变频段上自模变换段到变角段方向的第7个槽周期处。

其中，变频段采用由一个深直槽和一个浅直槽组成一个槽周期的双槽深结构形式。

其中，耦合口位置的槽深是正常槽深的1.5至2.5倍。

本实用新型与背景技术相比具有如下优点：

1.本实用新型采用了变频段3波纹槽，此变频段3作用既是波纹喇叭的频率过渡段又是HE₂₁模的耦合器，解决了HE₁₁模和HE₂₁模电磁信号的分离问题。

2.本实用新型采用了双槽周期的方式，既解决了HE₁₁模信号工作频带宽，又由一个深直槽和一个浅直槽组成槽周期内在其中一个深直槽内开耦合口，成功的解决了在波纹槽槽底开耦合口对整个工作频带内HE11模的影响问题。

3.本实用新型安装在天线上既可以实现对圆极化信号进行自跟踪，也可以实现对线极化信号自跟踪，同时天线还具有增益高、旁瓣低、低交叉极化、低轴比及天线的线圆极化转换等优良性能。

4.本实用新型通过过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4、辐射段5、微带合差器6、微带3dB电桥7、电缆8、低通滤波器9、波导同轴转换器10合成，实现天线和差传输，使天线馈源尺寸大幅度缩小，结构紧凑、加工成本低。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型模变换段2内部结构剖视示意图。

图3是本实用新型变频段3结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是本实用新型信号合成原理框图。

具体实施方式

参见图1至图4，本实用新型它包括过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4、辐射段5、微带合差器6、微带3dB电桥7、电缆8、低通滤波器9、波导同轴转换器10。安装结构参见图1所示。

本实用新型由过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4、辐射段5组合成，实现和信号的接收或发射。

本实用新型由过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4、辐射段5、微带合差器6、微带3dB电桥7、电缆8、低通滤波器9、波导同轴转换器10组成。新型信号合成原理框图如图5所示第一耦合口3-1和第五耦合口3-5输出的信号分别经低通滤波器9和波导同轴转换器10后进入第一微带合差器1，第一微带合差器6-1将进入的两路信号进行相加后输出第一路水平线极化分支信号；第三耦合口3-3和第七耦合口3-7输出的信号分别经低通滤波器9和波导同轴转换器10后进入第二微带合差器6-2，第二微带合差器6-2将进入的两路信号进行相加后输出第二路水平线极化分支信号；将第一路水平线极化分支信号和第二路水平线极化分支信号分别输入第三微带合差器6-3进行相减处理后输出水平线极化信号；

第二耦合口3-2和第六耦合口3-6输出的信号分别经低通滤波器9和波导同轴转换器10后进入第四微带合差器6-4，第四微带合差器6-4将进入的两路信号进行相加后输出第一路垂直线极化分支信号；第四耦合口和3-4第八耦合口3-8输出的信号分别经低通滤波器9和波导同轴转换器10后进入第五微带合差器6-5，第五微带合差器6-5将进入的两路信号进行相加后输出第二路垂直线极化分支信号；将第一路垂直线极化分支信号和第二路垂直线极化分支信号分别输入第六微带合差器6-6进行相减处理后输出垂直线极化信号；

垂直线极化信号与水平极化信号经微带3dB电桥7输出天线自跟踪信号与跟踪接收机连接，实现了天线对线、圆极化信标自跟踪功能。

本实用新型变频段3上有加深的直槽，并且在加深直槽上开HE₂₁模差模信号耦合口，由于整体加工难度很大，这里采用拆开加工法：把变频段3在这个加深直槽处分成两段加工，然后用固定件把这两段组合成一个变频段3整体。HE₂₁模差模信号通过矩形耦合口，传输通过低通滤波器9和波导同轴转换器10，经过电缆8与微带合差器6组合出水平和垂直两个极化的电磁信号进人微带3dB电桥7，实现输出的差模信号跟踪线极化信标信号或者圆极化信标信号。

本实用新型所述的过渡段1、模变换段2、变频段3、变角段4、辐射段5、低通滤波器9、波导同轴转换器10采用铝材料精密加工而成，采用螺钉安装连接组合成双槽深波纹喇叭差模耦合馈源。

本实用新型外形尺寸为1200mm×1200mm×1780mm。

本实用新型的简要工作原理：

它采用内壁为圆弧结构的圆圆过渡，这种结构能够有效抑制高次模，能够截止跟踪频段TE₂₁模。模变换器为一个环加载槽与一个直槽组合为一个槽周期的双槽结构波纹槽，采用这种结构是为了达到扩展和信号的工作频带、有效抑制有害高次模的激励、降低反射损耗的目的。变频段和变角段的主要作用是使在工作频带内模转换段与喇叭辐射段实现良好的匹配，辐射段作为实现波纹喇叭的主模HE₁₁模的主极化辐射特性和HE₂₁模的辐射特性。

利用已设计好的双槽深波纹喇叭的槽内径、槽外径、槽周期、槽齿宽等参数，计算出跟踪频率中心频点的HE₂₁模在喇叭内每个槽周期内的传播常数。传播常数小于零则HE₂₁模截止，只有传播常数大于零HE₂₁模才能传播，当HE₂₁模传播常数为零表示为HE₂₁模的临界截止面，由于耦合口在波纹槽径向开是属于磁耦合，为了使耦合出HE₂₁模信号最大，需要在磁场最强的地方进行耦合，也就是在波纹槽壁内寻找到HE₂₁模电流的最大值即短路电流的波腹点位置开耦合孔。然后通过八臂馈线合成两个线极化，再进入电桥形成圆极化信号给接收机。

当天线馈源接收到来自空间无线电信号时，和信号通过辐射段5、变角段4、变频段3、模变换段2、过渡段1进入馈电网络到和通道场放输出。差信号通过辐射段5、变角段4、变频段3、模变换段2、过渡段1，在过渡段1差信号截止反射回来经过渡段1、模变换段2、部分变频段3、耦合差信号进入到低通滤波器9和波导同轴转换器10、经过馈电网络合成差信号到差通道场放输出。和信号发送时，信号由功放发出馈源网络内信号工作流程与接收相反。

Claims

1.一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，包括双槽结构波纹喇叭和馈源网络，双槽结构波纹喇叭由过渡段（1）、模变换段（2）、变频段（3）、变角段（4）和辐射段（5）组成；其特征在于：所述的变频段（3）为由多个槽周期组成的双槽结构形式，在变频段中部的一个槽周期处相对应的波纹喇叭的圆周上均匀依次开设有第一至第八耦合口（3-1至3-8），每个耦合口之间的夹角为45度。

2.根据权利要求1所述的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，其特征在于：所述的耦合口的形状为矩形。

3.根据权利要求1所述的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，其特征在于：所述的馈源网络包括八个低通滤波器、八个波导同轴转换器、第一至第六微带合差器、微带3dB电桥和同轴电缆；其中，第一耦合口（3-1）和第五耦合口（3-5）输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第一微带合差器（6-1），第一微带合差器（6-1）将进入的两路信号进行相加后输出第一路水平线极化分支信号；第三耦合口（3-3）和第七耦合口（3-7）输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第二微带合差器（6-2），第二微带合差器（6-2）将进入的两路信号进行相加后输出第二路水平线极化分支信号；将第一路水平线极化分支信号和第二路水平线极化分支信号分别输入第三微带合差器（6-3）进行相减处理后输出水平线极化信号；

第二耦合口（3-2）和第六耦合口（3-6）输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第四微带合差器（6-4），第四微带合差器（6-4）将进入的两路信号进行相加后输出第一路垂直线极化分支信号；第四耦合口（3-4）和第八耦合口（3-8）输出的信号分别经低通滤波器和波导同轴转换器后进入第五微带合差器（6-5），第五微带合差器（6-5）将进入的两路信号进行相加后输出第二路垂直线极化分支信号；将第一路垂直线极化分支信号和第二路垂直线极化分支信号分别输入第六微带合差器（6-6）进行相减处理后输出垂直线极化信号；

垂直线极化信号与水平极化信号经微带3dB电桥（7）输出天线自跟踪信号。

4.根据权利要求1所述的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，其特征在于：所述的耦合口开设在变频段上自模变换段到变角段方向的第7个槽周期处。

5.根据权利要求1所述的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，其特征在于：变频段采用由一个深直槽和一个浅直槽组成一个槽周期的双槽深结构形式。

6.根据权利要求1所述的一种双槽结构喇叭差模耦合馈源装置，其特征在于：耦合口位置的槽深是正常槽深的1.5至2.5倍。