CN204118229U - 插针式正交模耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种插针式正交模耦合器，该耦合器的主部内设有一个T形的三通道。该三通道的水平通道的左端为公共端口，右端为水平端口。三通道的垂直通道下端即与水平通道部分相交处为耦合谐振窗，上为垂直端口。其中公共端口供水平与垂直极化波输入或输出，水平端口供垂直极化波输出或输入，垂直端口供水平极化波输出或输入。所述三通道内设有至少3根插针。这些插针均设置在垂直通道所正对的水平通道的内部。这些插针呈阶梯型排列。这些插针的延伸方向均与水平极化波的方向相同，即每根插针的两端分别固定在水平通道的两相对的内侧壁上。本实用新型具有隔离效果好和简化后期调试的特点。

Description

插针式正交模耦合器

技术领域

本实用新型属于同步收发无线领域，具体一种插针式正交模耦合器，其特别适用于双极化的天线系统。

背景技术

在散射通信天线、卫星通信天线等诸多天线系统中，为了增加其通信能力，常采用正交模耦合器来实现同频复用，以使得同一频率下两个极化方式不同且相互隔离的信道同时收发信号，从而增加信道容量。正交模耦合器是实现收发共用天线双极化功能的关键部件，其性能优良的优劣对于收发共用天线的隔离度性能有着极大的影响。现有的正交模耦合器是采用从具体极化正交性的公共通道耦合出一种极化的信号的办法来实现极化分离，其中公共通道通常选用圆形波导或方波导。如授权公告号为CN201323867Y的中国实用新型专利公开了“一种宽带正交模耦合器”，其主要由上行矩波导、下行矩波导、耦合谐振窗、极化隔离膜片、圆波导公共通道和阻抗匹配段组成。其中极化隔离膜片沿轴向安装在圆波导公共通道的中间，在极化隔离膜片前端的法向位置、圆波导公共通道的圆弧侧安装耦合谐振窗，耦合谐振窗上方安装下行矩波导，上行矩波导安装在极化隔离膜片后并通过阻抗匹配段与圆波导公共通道相连接。这种结构的正交模耦合器采用的是极化隔离膜片来实现上行波导和下行波导的耦合和隔离，然而为了获得所需的驻波比，这种膜片式的正交模隔离器需要在使用前通过调节设置在垂直耦合口的正下方和与其垂直的靠近公共口位置处的销钉来实现阻抗匹配，因而后期调试工作较为繁琐与复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种插针式正交模耦合器，其具有隔离效果好和简化后期调试的特点。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种插针式正交模耦合器，包括耦合器本体，该耦合器的主部内设有一个T形的三通道。该三通道的水平通道的左端为公共端口，右端为水平端口。三通道的垂直通道下端即与水平通道部分相交处为耦合谐振窗，上为垂直端口。其中公共端口供水平与垂直极化波输入或输出，水平端口供垂直极化波输出或输入，垂直端口供水平极化波输出或输入。所述三通道内设有至少3根插针。这些插针均设置在垂直通道所正对的水平通道的内部。这些插针呈阶梯型排列，即插针所处的水平高度即这些插针与耦合谐振窗所处平面的垂直距离逐渐变化，其中靠近公共端口一侧的插针到耦合谐振窗所处平面的垂直距离大于靠近水平端口一侧的插针到耦合谐振窗所处平面的垂直距离。这些插针的延伸方向均与水平极化波的方向相同，即每根插针的两端分别固定在水平通道的两相对的内侧壁上。

上述方案中，每2根插针之间的水平距离最好相等。

作为改进，所述三通道内还需进一步设有2根或2根以上的排针，这些排针所处的位置在过圆波导圆心的水平面上。

上述方案中，每2根排针之间的水平距离相等。

作为圆波导与矩形端口的衔接，所述三通道的水平通道内还嵌有一独立的阶梯过渡段，且该阶梯过渡段位于水平通道的右侧，即阶梯过渡段的左端靠近垂直通道，右端靠近水平端口。该阶梯过渡段的内部开设有一轴向贯通、且内壁呈阶梯形变化的过渡通孔。

上述方案中，所述过渡通孔为阶梯形方孔，即该过渡通孔的每一级阶梯均为一矩形方孔。

上述方案中，所述公共端口为圆形，水平端口和垂直端口均为矩形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1)插针在把电磁波耦合到水平端口的同时起到了与垂直端口阻抗匹配的作用，省去了传统的销钉调试，可以得到良好的驻波比，大大节省的后期调试的工作量。

2)插针的排列采用阶梯形排列方式，阶梯的位置可根据切比雪夫阻抗变换经过计算再优化仿真得到，其对端口的回波损耗优化可达7dB左右，水平和垂直两个端口的驻波比可达到1.1以下。

3)由于排针的间隙可以对水平极化波起到多次的隔离作用，从而更好的隔离的水平极化波在水平端口的传输，所以插针相比较于隔片可以得到更好的交叉极化隔离度，水平端口与垂直端口间电磁波的隔离效果更好。

4)将插针及排针从前端垂直端口下方一直延伸至中后段接近水平端口的阶梯阻抗变换部分，可进一步提高直通口的极化隔离度。

5)阶梯过渡段作为独立的器件加工再与主体组合，解决了主体过长、波导内径较小而使数控机床无法用铣刀加工的问题。

6)在14.5-15.5GHz频带内单模传输，能够有效抑制结构突变产生的高次模，并具有高极化隔离度、低驻波比、免调、结构简单紧凑、易于加工的特点。

附图说明

图1是一种插针正交模耦合器的立体透视图。

图2是图1所示一种插针正交模耦合器的主体部分的立体结构图。

图3是图2的垂直切面示意图。

图4是图1所示一种插针正交模耦合器的阶梯阻抗变换部分的立体结构图。

图5是图4的垂直切面示意图。

图中标号：1、公共端口；2、水平端口；3、耦合谐振窗；4、垂直端口；5、插针；6、排针；7、阶梯过渡段。

具体实施方式

一种插针式正交模耦合器，如图1-3所示，包括耦合器本体，该耦合器的主部内设有一个T形的三通道。该三通道的水平通道的左端为公共端口1，右端为水平端口2。三通道的垂直通道下端即与水平通道部分相交处为耦合谐振窗3，上为垂直端口4。其中公共端口1供水平与垂直极化波输入或输出，水平端口2供垂直极化波输出或输入，垂直端口4供水平极化波输出或输入。在本实用新型优选实施例中，所述公共端口1为圆形，水平端口2和垂直端口4均为矩形。上述结构与现有技术相同或相近，其不同是在三通道的内部设有至少3根插针4。这些插针4均设置在垂直通道所正对的水平通道的内部。这些插针4呈阶梯型排列，即插针4所处的水平高度即这些插针4与耦合谐振窗3所处平面的垂直距离逐渐变化，其中靠近公共端口1一侧的插针4到耦合谐振窗3所处平面的垂直距离大于靠近水平端口2一侧的插针4到耦合谐振窗3所处平面的垂直距离。这些插针4的延伸方向均与水平极化波的方向相同，即每根插针4的两端分别固定在水平通道的两相对的内侧壁上。在本实用新型中，每2根插针4之间的水平距离和垂直距离均可以根据性能要求进行设定，在本实用新型优选实施例中，每2根插针4之间的水平距离最好相等。而每2根插针4之间的垂直距离则可根据切比雪夫阻抗变换经过计算再优化仿真得到。

为了使水平口能够对水平极化波起到多次的隔离，本实用新型还进一步包括至少1根排针6。在本实用新型优选实施例中，所述排针6为2根或2根以上，这些排针6所处的位置在过圆波导圆心的水平面上。在排布方式上，各个排针6之间的距离可以根据需求进行设定，但在本实用新型优选实施例中，每2根排针6之间的水平距离设为相等。

为了达到波导变换更好的效果，所述三通道的水平通道内最好还嵌有一独立的阶梯过渡段7，且该阶梯过渡段7位于水平通道的右侧，即阶梯过渡段7的左端靠近垂直通道，右端靠近水平端口2。该阶梯过渡段7的内部开设有一轴向贯通、且内壁呈阶梯形变化的过渡通孔。所述过渡通孔可以为圆形的阶梯孔，即每一级阶梯均呈圆形。但在本实用新型优选实施例中，所述过渡通孔为阶梯形方孔，即该过渡通孔的每一级阶梯均为一矩形方孔。此时，位于阶梯过渡段7左侧部分的水平通道为圆形，位于阶梯过渡段7右侧的水平通道为矩形。参见图4和图5。

本耦合器的工作原理如下：

公共端口1可以输入水平极化波与垂直极化波。公共端口1输入的水平极化波传输至插针4处时，由于水平极化波为线极化波，其电磁波传播的电场矢量传输平面与插针4的方向平行，所以插针4和排针6对于水平极化波来说起到了隔绝的作用，水平端口2隔离了水平极化波。耦合谐振窗3正下方的插针4对水平极化波的作用是和耦合谐振窗3共同使水平极化波耦合到垂直端口4，另外通过对插针4位置的调整使公共端口1与垂直端口4阻抗匹配从而得到良好的驻波比。如此一来，当公共端口1输入水平极化波时只能从垂直端口4传输出来。公共端口1输入的垂直极化波传输至插针4处时，由于垂直极化波的电场矢量传输平面与插针4方向垂直，其传输并不受到明显阻碍，所以垂直极化波传输通过插针4和排针6从水平端口2传输出来。耦合谐振窗3只能耦合水平极化波而不能耦合出垂直极化波，所以垂直端口4隔离垂直极化波。如此一来，当公共端口1输入垂直极化波时只能从水平端口2传输出来。通过优化插针4位置使公共端口1与水平端口2阻抗匹配，得到良好的驻波比。

由于器件传输的互易性，也可以水平端口2和垂直端口4作为输入端。公共端口1作为输出端。水平端口2输入单一的垂直极化波，垂直端口4输入单一的水平极化波，公共端口1输出正交模。

Claims (7)

1.插针式正交模耦合器，包括耦合器本体，该耦合器的主部内设有一个T形的三通道；该三通道的水平通道的左端为公共端口(1)，右端为水平端口(2)；三通道的垂直通道下端即与水平通道部分相交处为耦合谐振窗(3)，上为垂直端口(4)；其中公共端口(1)供水平与垂直极化波输入或输出，水平端口(2)供垂直极化波输出或输入，垂直端口(4)供水平极化波输出或输入；其特征在于：所述三通道内设有至少3根插针(4)；这些插针(4)呈阶梯型排列，即插针(4)均设置在垂直通道所正对的水平通道的内部；这些插针(4)所处的水平高度即这些插针(4)与耦合谐振窗(3)所处平面的垂直距离逐渐变化，其中靠近公共端口(1)一侧的插针(4)到耦合谐振窗(3)所处平面的垂直距离大于靠近水平端口(2)一侧的插针(4)到耦合谐振窗(3)所处平面的垂直距离；这些插针(4)的延伸方向均与水平极化波的方向相同，即每根插针(4)的两端分别固定在水平通道的两相对的内侧壁上。

2.根据权利要求1所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：每2根插针(4)之间的水平距离近似相等。

3.根据权利要求1所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：所述三通道内还进一步设有2根或2根以上的排针(6)，这些排针(6)所处的位置在过圆波导圆心的水平面上。

4.根据权利要求3所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：每2根排针(6)之间的水平距离相等。

5.根据权利要求1所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：所述三通道的水平通道内还嵌有一独立的阶梯过渡段(7)，且该阶梯过渡段(7)位于水平通道的右侧，即阶梯过渡段(7)的左端靠近垂直通道，右端靠近水平端口(2)；该阶梯过渡段(7)的内部开设有一轴向贯通、且内壁呈阶梯形变化的过渡通孔。

6.根据权利要求5所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：所述过渡通孔为阶梯形方孔，即该过渡通孔的每一级阶梯均为一矩形方孔。

7.根据权利要求1所述的插针式正交模耦合器，其特征在于：所述公共端口(1)为圆形，水平端口(2)和垂直端口(4)均为矩形。