CN203871471U - 一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源 - Google Patents
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Abstract
一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,包括:圆喇叭、Ku双工器、Ka滤波器、Ka圆极化器、Ka双工器、第一Ku发射端口、第二Ku发射端口、第一Ku接收端口、第二Ku接收端口、第一Ku滤波器、第二Ku滤波器、第三Ku滤波器、第四Ku滤波器、第二Ku发射波导、Ku分路器、Ku发射端口、第一Ku接收波导、Ku合路器、Ku接收端口、Ka发射端口、Ka接收端口、第一Ku发射波导和第二Ku接收波导,通过滤波器实现Ku和Ka模式间良好的隔离度,馈源结构紧凑,天线具备左、右旋圆极化方式的调整能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星通信领域中的天线馈源技术,特别是一种基于滤波的Ku/Ka双模收发共用馈源。
背景技术
随着卫星通信技术的发展,L、C、X、Ku等频段已不能满足高速、宽带、小口径终端等应用的需求,而Ka频段的优点是可用带宽宽,干扰少,设备体积小。目前,Ka频段卫星通信系统已进入实用化阶段,但是Ku频段的卫星应用依然很广。因此,能够同时工作于Ku、Ka双频段的卫星通信天线有很大优势。
馈源在反射面天线中是最核心的射频器件,决定了天线的工作频段、带宽、驻波、极化隔离度等等关键电性能参数。因此Ku/Ka双模收发共用馈源是实现Ku、Ka双模卫星通信天线的技术核心和关键。
高效紧凑的双模馈源能有效利用同一个反射面,使天线能同时或选择性的分时工作在Ku或Ka模式,实现Ku/Ka双模式收发共用,使天线的利用率提高了一倍。
美国的John Joseph Hanlin等人在美国专利《Dual Band SatelliteCommunications Antenna Feed》(No.6,720,933B2)中公开了一种同轴嵌套的Ku/Ka双频天线馈源,其内部是Ka波段圆波导加载的介质天线,外部是Ku波段同轴结构连接的波纹喇叭。这种结构能使Ku和Ka波的工作结构分离,独立运行。缺点是Ka波段极化方式固定,无法自动或手动调整左右旋极化方式,并且馈电和极化隔离系统较为复杂。
加拿大维多利亚大学(University of Victoria)的Hendrik Albertus Thiart等人在论文《Prototype Design of a Dual-band Dual-polarizationKu/Ka-band Feed》(Proceedings of the European Microwave Association;December2006;Vol.2;318-325)中介绍了一种双频双极化Ku/Ka波段共用的天线馈源,用探针结构实现Ku波段信号的馈电和极化分离,馈电结构简单。缺点是Ka波段信号只能工作于单一极化方向,无法自动或手动调整左右旋极化方式。
电子科技大学的杨仕文等人在中国发明专利《一种Ku/Ka频段线圆极化一体化收发馈源天线》(申请号201110004946.1,申请日2011.01.12,申请公布日2011.07.27)中公开了一种同轴嵌套的Ku/Ka频段线圆极化一体化收发馈源天线,通过内嵌的尖锥状介质杆实现Ku和Ka频段的隔离传输。结构经典。缺点是:1.这种类型的馈源对介质杆的材质和加工工艺要求极高,加工成品的电性能往往难以达到预期目标;2.Ka圆极化器与馈源其他部分是一个整体,无法调整左右旋极化方式;3.这种结构Ka和Ku两种模式间没有增加有效的隔离措施,仅依靠传输波导自身的谐振,Ka、Ku模式之间的端口隔离度较差。
北京天工开正科技有限责任公司的杨智友等人在中国发明专利《Ku/Ka双波段收发共用馈源》(申请号201210066824.X,申请日2012.03.14,申请公布日2012.07.25)中公开了一种同轴嵌套的Ku/Ka双波段收发共用馈源,通过介质棒结构、介质圆极化器和正交模耦合器实现双波段工作。结构紧凑,端口隔离度较高。缺点是:1.这种类型的馈源对介质杆的材质和加工工艺要求极高,加工成品的电性能往往难以达到预期目标;2.Ka圆极化器馈源整体结构上,无法调整左右旋极化方式。
北京遥测技术研究所的李连辉等人在中国发明专利《一种四频多极化共口径馈源》(申请号201210472422.X,申请日2012.11.20,申请公布日2013.02.20)中公开了一种由Ku频段的双线极化天线和Ka频段的双圆极化天线复合而成的四频多极化共口径馈源,通过介质杆、阶梯型圆极化器和调谐螺钉实现Ka信号与Ku信号的隔离。馈源结构紧凑,能够保证天线相位中心一致。缺点是这种类型的馈源对介质杆的材质和加工工艺要求极高,加工成品的电性能往往难以达到预期目标。
西安航天恒星科技实业(集团)公司的田青等人在中国实用新型专利《一种Ku/Ka四频段多极化馈源》(申请号201320204452.2,申请日2013.04.22,授权公告日2013.10.02)中公开了一种Ku/Ka四频段多极化馈源,通过四臂对称馈电结构、滤波器、调谐单元、合路器等组件实现了多频段信号的收发。能实现六种不同极化。缺点是Ka圆极化收发部分冗余。这种结构含有六个端口,其中四个是Ka波段收发,左旋圆极化和右旋圆极化各两个端口,而在实际应用中,尤其是移动卫星通信系统(动中通)的实际应用中,Ka波段左旋和右旋极化不会同时工作,相互切换的几率也较小,因此四个Ka波段收发端口的设计会导致使用效率低下,同时造成整套天线系统体积增大,严重制约馈源的应用范围。根据目前Ka波段卫星的极化状态,大多数卫星使用右旋圆极化方式,极少数卫星使用左旋圆极化,因此只需将Ka波段圆极化器设计成可手动拆卸更换的方式即可。这种六端口的设计在实际应用中低效、冗余,应当避免。
综合上述公开的国内外专利和文献,发现目前Ku/Ka双模天线馈源的结构大多为同轴嵌套式结构,Ka波段信号传输高度依赖介质杆,电性能严重受限于介质杆的材料特性和加工尺寸精度;Ka圆极化器与馈源其他部分是一个整体,无法调整左右旋极化方式;某些结构的馈源Ka和Ku两种模式间没有增加有效的隔离措施,仅依靠传输波导自身的谐振,Ka、Ku模式之间的端口隔离度较差。
发明内容
本实用新型的目的:克服现有技术的不足,提供一种基于滤波的Ku/Ka双模馈源,能方便进行Ka圆极化更换,Ku/Ka双模式共用一个反射面,结构紧凑。
本实用新型的技术解决方案:
一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,包括:圆喇叭、Ku双工器、Ka滤波器、Ka圆极化器、Ka双工器、第一Ku发射端口、第二Ku发射端口、第一Ku接收端口、第二Ku接收端口、第一Ku滤波器、第二Ku滤波器、第三Ku滤波器、第四Ku滤波器、第二Ku发射波导、Ku分路器、Ku发射端口、第一Ku接收波导、Ku合路器、Ku接收端口、Ka发射端口、Ka接收端口、第一Ku发射波导和第二Ku接收波导;
圆喇叭、Ku双工器、Ka滤波器、Ka圆极化器、Ka双工器依次连接,形成所述双模天线馈源的中心通道;截面为正方形的Ku双工器的四个侧面上设置有第一Ku发射端口、第二Ku发射端口、第一Ku接收端口和第二Ku接收端口;第一Ku发射端口和第二Ku发射端口对称分布,第一Ku接收端口和第二Ku接收端口对称分布;
Ka双工器上设置有相互正交的Ka发射端口和Ka接收端口;
第一Ku发射端口依次通过第一Ku滤波器和第一Ku发射波导连接到Ku分路器,形成第一Ku发射通道支臂;第二Ku发射端口依次通过第二Ku滤波器和第二Ku发射波导连接到Ku分路器,形成第二Ku发射通道支臂;Ku分路器与Ku发射端口连接;
第一Ku接收端口依次通过第三Ku滤波器和第一Ku接收波导连接到Ku合路器,形成第一Ku接收通道支臂;第二Ku接收端口依次通过第四Ku滤波器和第二Ku接收波导连接到Ku合路器,形成第二Ku接收通道支臂;Ku合路器与Ku接收端口连接。
第一Ku发射通道支臂和第二Ku发射通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧,第一Ku接收通道支臂和第二Ku接收通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧。
Ku发射端口和Ku接收端口相互正交。
所述双模天线馈源还包括第一法兰和第二法兰,所述Ka圆极化器通过第一法兰与Ka滤波器连接,Ka圆极化器通过第二法兰与Ka双工器连接。
所述Ka滤波器和Ka圆极化器内部均为圆波导。
所述圆喇叭为赋型圆喇叭。
Ku双工器、Ka双工器、第一Ku发射端口、第二Ku发射端口、第一Ku接收端口、第二Ku接收端口、第一Ku滤波器、第二Ku滤波器、第三Ku滤波器、第四Ku滤波器、第二Ku发射波导、Ku分路器、Ku发射端口、第一Ku接收波导、Ku合路器、Ku接收端口、Ka发射端口、Ka接收端口、第一Ku发射波导和第二Ku接收波导的内部均为矩形波导。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是:
(1)本实用新型所涉及的基于滤波的Ku/Ka双模馈源,使天线能够同时或选择性的工作在Ku或Ka模式,使Ku/Ka双模式共用一个反射面,有效的提高了天线反射面的利用率。
(2)Ka圆极化器可以通过手动方式方便的进行拆卸更换,天线具备左、右旋圆极化方式调整能力。
(3)Ku收发端口通过位于Ku收发波导和收发端口间的Ku滤波器对Ka信号进行隔离。Ka收发端口通过位于Ku双工器和Ka圆极化器之间的Ka滤波器对Ku信号进行隔离。
(4)Ku、Ka双模式使用共同的圆喇叭向外辐射电磁波,具有优秀的交叉极化隔离度和电压驻波比,结构紧凑,是卫星通信系统反射面天线和透镜天线的理想馈源。
附图说明
图1为本实用新型的俯视图
图2为本实用新型的侧视图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。
如图1、图2所示,本实用新型提供了一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于包括:圆喇叭1、Ku双工器2、Ka滤波器3、Ka圆极化器5、Ka双工器7、第一Ku发射端口8、第二Ku发射端口9、第一Ku接收端口10、第二Ku接收端口11、第一Ku滤波器12、第二Ku滤波器13、第三Ku滤波器14、第四Ku滤波器15、第二Ku发射波导16、Ku分路器17、Ku发射端口18、第一Ku接收波导19、Ku合路器20、Ku接收端口21、Ka发射端口22、Ka接收端口23、第一Ku发射波导24和第二Ku接收波导25;
Ka滤波器3和Ka圆极化器5内部均为圆波导,圆喇叭1为赋型圆喇叭,能在Ku、Ka两个模式的收发频段内保持辐射方向图和相位中心的稳定性。
Ku双工器2、Ka双工器7、第一Ku发射端口8、第二Ku发射端口9、第一Ku接收端口10、第二Ku接收端口11、第一Ku滤波器12、第二Ku滤波器13、第三Ku滤波器14、第四Ku滤波器15、第二Ku发射波导16、Ku分路器17、Ku发射端口18、第一Ku接收波导19、Ku合路器20、Ku接收端口21、Ka发射端口22、Ka接收端口23、第一Ku发射波导24和第二Ku接收波导25的内部均为矩形波导。
圆喇叭1、Ku双工器2、Ka滤波器3、Ka圆极化器5、Ka双工器7依次连接,形成所述双模天线馈源的中心通道;截面为正方形的Ku双工器2的四个侧面上设置有第一Ku发射端口8、第二Ku发射端口9、第一Ku接收端口10和第二Ku接收端口11;第一Ku发射端口8和第二Ku发射端口9对称分布,第一Ku接收端口10和第二Ku接收端口11对称分布;
所述Ka滤波器3的类型为Ka波段带通滤波器或Ka波段高通滤波器,作用是隔离Ku波段信号,避免Ku波段线极化信号进入Ka圆极化器5;
Ka双工器7上设置有相互正交的Ka发射端口22和Ka接收端口23;
第一Ku发射端口8依次通过第一Ku滤波器12和第一Ku发射波导24连接到Ku分路器17,形成第一Ku发射通道支臂;第二Ku发射端口9依次通过第二Ku滤波器13和第二Ku发射波导16连接到Ku分路器17,形成第二Ku发射通道支臂;Ku分路器17与Ku发射端口18连接;
第一Ku接收端口10依次通过第三Ku滤波器14和第一Ku接收波导19连接到Ku合路器20,形成第一Ku接收通道支臂;第二Ku接收端口11依次通过第四Ku滤波器15和第二Ku接收波导25连接到Ku合路器20,形成第二Ku接收通道支臂;Ku合路器20与Ku接收端口21连接。
第一Ku发射通道支臂和第二Ku发射通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧,第一Ku接收通道支臂和第二Ku接收通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧。
Ku发射端口18和Ku接收端口21相互正交。
所述第一Ku滤波器12、第二Ku滤波器13、第三Ku滤波器14、第四Ku滤波器15的类型为Ku波段带通滤波器或Ku波段低通滤波器,作用是隔离Ka波段信号,避免Ka波段圆极化信号进入第一Ku发射波导24、第二Ku发射波导16、第一Ku接收波导19或第二Ku接收波导25。
所述双模天线馈源还包括第一法兰4和第二法兰6,所述Ka圆极化器5通过第一法兰4与Ka滤波器3连接,Ka圆极化器5通过第二法兰6与Ka双工器7连接,根据需要可以更换圆极化器的极化方式为左旋或右旋。
圆喇叭1接收的Ku波段卫星信号,经过Ku双工器2极化分离,从第一Ku接收端口10和第二Ku接收端口11分别耦合输出至第三Ku滤波器14和第四Ku滤波器15,经过第一Ku接收波导19、第二Ku接收波导25进入Ku合路器20,合成一路信号从Ku接收端口21输出。即Ku波段卫星信号经过第一Ku接收通道支臂和第二Ku接收通道支臂传输至Ku合路器20进行功率合成,并从Ku接收端口21输出。Ku滤波器的存在提高了Ku输出链路对卫星信号中的Ka波段电磁波的隔离度。
待发射的Ku波段线极化信号,从Ku发射端口18输入,经过Ku分路器17的功率平均分配,分成两路功率相等的信号,分别从第一Ku发射波导24和第二Ku发射波导16进入第一Ku滤波器12和第二Ku滤波器13,经过第一Ku发射端口8和第二Ku发射端口9,传输至Ku双工器2合为一路信号,由圆喇叭1向空间辐射。即Ku波段待发射信号从Ku发射端口18输入,由Ku分路器17分配至第一Ku发射通道支臂和第二Ku发射通道支臂传输,至Ku双工器2进行功率合成,并从圆喇叭1辐射输出。Ku滤波器的存在提高了Ku发射链路中对反向耦合进入的Ka波段电磁波的隔离度。
圆喇叭1接收的Ka波段圆极化卫星信号,经过Ku双工器2和Ka滤波器3传输,进入Ka圆极化器5,经过极化变换,转为Ka波段线极化信号,传输进入Ka双工器7,从Ka接收端口23耦合输出至接收设备。Ka滤波器3将Ku信号滤除,提高了Ka输出链路对卫星信号中的Ku波段电磁波的隔离度。
待发射的Ka波段线极化信号,从Ka发射端口22输入,耦合进入Ka双工器7,经过Ka圆极化器5的极化变换,转为Ka波段圆极化信号继续传输,经过Ka滤波器3和Ku双工器2后,由圆喇叭1向空间辐射。在Ku双工器2的耦合端口,即第一Ku发射端口8、第二Ku发射端口9、第一Ku接收端口10和第二Ku接收端口11处由于有第一Ku滤波器12、第二Ku滤波器13、第三Ku滤波器14和第四Ku滤波器15对Ka电磁波进行进一步隔离,因此Ka圆极化信号不会耦合进入Ku接收或发射波导内部。同时,Ka滤波器3的存在提高了Ka发射链路中对反向耦合进入的Ku波段电磁波的隔离度。
Claims (7)
1.一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于包括:圆喇叭(1)、Ku双工器(2)、Ka滤波器(3)、Ka圆极化器(5)、Ka双工器(7)、第一Ku发射端口(8)、第二Ku发射端口(9)、第一Ku接收端口(10)、第二Ku接收端口(11)、第一Ku滤波器(12)、第二Ku滤波器(13)、第三Ku滤波器(14)、第四Ku滤波器(15)、第二Ku发射波导(16)、Ku分路器(17)、Ku发射端口(18)、第一Ku接收波导(19)、Ku合路器(20)、Ku接收端口(21)、Ka发射端口(22)、Ka接收端口(23)、第一Ku发射波导(24)和第二Ku接收波导(25);
圆喇叭(1)、Ku双工器(2)、Ka滤波器(3)、Ka圆极化器(5)、Ka双工器(7)依次连接,形成所述双模天线馈源的中心通道;截面为正方形的Ku双工器(2)的四个侧面上设置有第一Ku发射端口(8)、第二Ku发射端口(9)、第一Ku接收端口(10)和第二Ku接收端口(11);第一Ku发射端口(8)和第二Ku发射端口(9)对称分布,第一Ku接收端口(10)和第二Ku接收端口(11)对称分布;
Ka双工器(7)上设置有相互正交的Ka发射端口(22)和Ka接收端口(23);
第一Ku发射端口(8)依次通过第一Ku滤波器(12)和第一Ku发射波导(24)连接到Ku分路器(17),形成第一Ku发射通道支臂;第二Ku发射端口(9)依次通过第二Ku滤波器(13)和第二Ku发射波导(16)连接到Ku分路器(17),形成第二Ku发射通道支臂;Ku分路器(17)与Ku发射端口(18)连接;
第一Ku接收端口(10)依次通过第三Ku滤波器(14)和第一Ku接收波导(19)连接到Ku合路器(20),形成第一Ku接收通道支臂;第二Ku接收端口(11)依次通过第四Ku滤波器(15)和第二Ku接收波导(25)连接到Ku合路器(20),形成第二Ku接收通道支臂;Ku合路器(20)与Ku接收端口(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:第一Ku发射通道支臂和第二Ku发射通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧,第一Ku接收通道支臂和第二Ku接收通道支臂对称分布于所述中心通道的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:Ku发射端口(18)和Ku接收端口(21)相互正交。
4.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:所述双模天线馈源还包括第一法兰(4)和第二法兰(6),所述Ka圆极化器(5)通过第一法兰(4)与Ka滤波器(3)连接,Ka圆极化器(5)通过第二法兰(6)与Ka双工器(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:所述Ka滤波器(3)和Ka圆极化器(5)内部均为圆波导。
6.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:所述圆喇叭(1)为赋型圆喇叭。
7.根据权利要求1所述的一种基于滤波的Ku/Ka双模天线馈源,其特征在于:Ku双工器(2)、Ka双工器(7)、第一Ku发射端口(8)、第二Ku发射端口(9)、第一Ku接收端口(10)、第二Ku接收端口(11)、第一Ku滤波器(12)、第二Ku滤波器(13)、第三Ku滤波器(14)、第四Ku滤波器(15)、第二Ku发射波导(16)、Ku分路器(17)、Ku发射端口(18)、第一Ku接收波导(19)、Ku合路器(20)、Ku接收端口(21)、Ka发射端口(22)、Ka接收端口(23)、第一Ku发射波导(24)和第二Ku接收波导(25)的内部均为矩形波导。
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