CN204315734U - 一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，涉及天馈线系统领域。该装置包括格栅，馈源喇叭A，馈源喇叭B，抛物面天线。格栅倾斜45度放置在馈源喇叭B和天线反射面之间，馈源喇叭A和馈源喇叭B相对于格栅镜面对称。格栅反射极化方向平行于格栅的电磁波，让极化方向垂直于格栅的电磁波通过，馈源喇叭A发出极化方向平行于格栅的电磁波，馈源喇叭B发出极化方向垂直于格栅的电磁波。本实用新型利用格栅对宽带信号进行极化分离，可以实现超宽带信号同时接收和极化分离的问题，使得此种正交偏馈天线具有工作频段宽、极化隔离度高、副瓣电平低等优点，为辐射计正常接收大气辐射信号提供技术保障。

Description

一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置

技术领域

本实用新型涉及天馈线系统领域，特别是涉及一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置

背景技术

地基微波辐射计(Microwave Radiometer)是基于大气微波遥感技术的气象观测设备。通过同时接收V波段大气氧气窗口(51GHz-59GHz)和K波段大气水汽窗口(22GHz-31GHz)的辐射信号，反演获得对流层大气温度、湿度廓线、大气柱积分水汽量、大气柱积分云水含水量等信息。为了保证大气辐射的微弱信号被有效接收，通常选择具有高增益特点的抛物面天馈线作为接收单元。

常规馈源喇叭照射整个抛物面天线，形成的方向图是整个天线反射面全部作用的结果。将馈源喇叭口径放大，从而使馈源喇叭的方向图更尖锐，同时将馈源喇叭旋转90度，则馈源喇叭辐射能量仅局限在母抛物面天线的MN部分区域，则天线方向图是母抛物面MN部分区域作用结果，称之为正交偏馈抛物面天线，如图1。本实用新型中正交偏馈抛物面天线要实现K波段(22-32GHz,垂直极化)和V波段(51-59GHz，水平极化)电磁信号接收功能。天线工作带宽主要是由馈源喇叭决定，单馈源接收系统难以实现如此宽带信号的同时接收和输出。

由于天线工作的两个频段极化方向相互正交，所以可以利用双工技术在一个反射面上实现两个频段同时工作。常用的极化正交器就是这种器件，但是极化正交器频带较窄一般为20％，所以很难应用于此。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，该方法解决了下述两个问题。(1)现有技术中无法实现超宽带信号同时接收和极化分离；(2)双工格栅用于宽带信号的极化分离时，格栅对需要分离的电磁信号产生副作用造成电性能恶化。

为了解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其包括格栅，馈源喇叭A，馈源喇叭B，抛物面天线，上述格栅倾斜45度放置在馈源喇叭B和天线反射面之间，上述馈源喇叭A和馈源喇叭B相对于格栅镜面对称。

进一步的，上述格栅放置在馈源喇叭B的对称轴线上且格栅中心距馈源喇叭B的水平距离为67mm。

进一步的，上述格栅反射极化方向平行于格栅的电磁波，让极化方向垂直于格栅的电磁波通过，馈源喇叭A发出极化方向平行于格栅的电磁波，馈源喇叭B发出极化方向垂直于格栅的电磁波。

进一步的，K波段极化信号平行于上述格栅，V波段极化信号垂直于上述格栅，馈源喇叭A发出K波段电磁波，馈源喇叭B发出V波段电磁波。

如图2所示，设计的格栅对于K波段极化信号为反射，则位于馈源喇叭A发出的K波段极化信号可以等同于从馈源喇叭B发出的信号。由于设计的格栅对V波段辐射的极化信号呈透过特性，馈源喇叭B发出V波段极化信号，从而将K波段信号和V波段信号极化分离，最终正交偏馈天线宽带信号极化分离装置如图3所示。

进一步的，由于前面提到的格栅使平行于格栅的极化得到反射，垂直于格栅的极化通过，只是一个理想状态。实际上格栅会对需要分离的电磁信号产生副作用，如格栅的插入损耗、反射效率等。为了尽可能减少格栅引入带来的电性能恶化，选择格栅金属丝直径为0.1mm，金属丝间隔为1.5mm，根据反射的K波段喇叭的方向图宽度确定格栅最小长边尺寸为160mm，最小窄边尺寸为120mm。

本实用新型利用格栅反射极化方向平行于格栅的电磁波，让极化方向垂直于格栅的电磁波通过的原理，对宽带信号进行极化分离。具有该极化分离装置的正交偏馈天线可以实现超宽带信号同时接收和极化分离的问题，使得此种正交偏馈天线具有工作频段宽、极化隔离度高、副瓣电平低等优点，为辐射计正常接收大气辐射信号提供技术保障。

附图说明

图1是现有技术正交偏馈抛物面天线结构示意图；

图2是本实用新型格栅反射镜像示意图；

图3是本实用新型正交偏馈天线宽带信号极化分离装置示意图；

图4是本实用新型格栅金属丝示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

实施例1

一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，如图3所示，其包括格栅，馈源喇叭A，馈源喇叭B，抛物面天线，上述格栅倾斜45度放置在馈源喇叭B和天线反射面之间，上述馈源喇叭A和馈源喇叭B相对于格栅镜面对称。

进一步的，上述格栅反射极化方向平行于格栅的电磁波，让极化方向垂直于格栅的电磁波通过，馈源喇叭A发出极化方向平行于格栅的电磁波，馈源喇叭B发出极化方向垂直于格栅的电磁波。

进一步的，K波段极化信号平行于上述格栅，V波段极化信号垂直于上述格栅，馈源喇叭A发出K波段大气辐射信号，馈源喇叭B发出V波段大气辐射信号。

如图2所示，设计的格栅对于K波段极化信号为反射，则位于馈源喇叭A发出的K波段极化信号可以等同于从馈源喇叭B发出的信号。由于设计的格栅对V波段辐射的极化信号呈透过特性，馈源喇叭B发出V波段极化信号，从而将K波段信号和V波段信号极化分离，最终正交偏馈天线宽带信号极化分离装置如图3所示。

进一步的，由于前面提到的格栅使平行于格栅的极化得到反射，垂直于格栅的极化通过，只是一个理想状态。实际上格栅会对需要分离的电磁信号产生副作用，如格栅的插入损耗、反射效率等。为了尽可能减少格栅引入带来的电性能恶化，需要对格栅尺寸进行准确计算与设计，

首先，设格栅金属丝半径为a,间距为d，如图4所示，则除了反射外，漏过格栅金属丝的能量为：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{1+{\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2d\ln \frac{d}{2\mathrm{\πa}}}\right)}^2}$

由上面公式可以看出，间距d愈小，能量漏失愈小，一般来说至少要求d≤0.2λ；金属丝半径愈大漏失愈小，当a＝d/2时相当于金属丝连成一片变成为金属板，对于K波段反射固然最好，但为了照顾V波段透射性能，选取a＝d/10。

其次，格栅的长度和宽度是根据所要反射的K波段喇叭的方向图宽度来确定的，如图2所示，取馈源喇叭A相位中心距格栅的距离为L＝67mm，喇叭的照射角度为θ＝24度，则可以计算出格栅的最小长边尺寸为：

格栅的最小窄边尺寸为：

B＝2×Ltgθ⁰

选取原则是在不影响偏置抛物面旋转的情况下，尽可能将面积取大一些。采用CST仿真软件优化得到格栅最终尺寸：最小长边尺寸为A＝160mm，最小窄边尺寸为B＝120mm，格栅金属丝直径为0.1mm，金属丝间隔为1.5mm。

表1为该正交偏馈抛物面天线系统测试指标汇总表。可以看出，馈源喇叭电压驻波比、天线方向性、副瓣电平及交叉极化水平性能良好，优于常规正馈抛物面天线系统，满足最终工程使用要求。

表1正交偏馈抛物面天线系统指标汇总表

综上所述，本实用新型所描述的一种正交偏馈抛物天线宽带信号极化分离装置及分离方法，能够有效的计算出格栅的尺寸值，可以很好的实现宽带信号的极化分离。运用该方法可以使正交偏馈天线系统具有宽频带、高极化隔离度、低副瓣电平的优点。

Claims (5)

1.一种正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其特征在于，包括格栅，馈源喇叭A，馈源喇叭B，抛物面天线，所述格栅倾斜45度放置在馈源喇叭B和天线反射面之间，所述馈源喇叭A和馈源喇叭B相对于格栅镜面对称。

2.根据权利要求1所述的正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其特征在于，所述格栅放置在馈源喇叭B的对称轴线上且格栅中心距馈源喇叭B的水平距离为67mm。

3.根据权利要求2所述的正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其特征在于，所述格栅反射极化方向平行于格栅的电磁波，让极化方向垂直于格栅的电磁波通过，馈源喇叭A发出极化方向平行于格栅的电磁波，馈源喇叭B发出极化方向垂直于格栅的电磁波。

4.根据权利要求3所述的正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其特征在于，K波段极化信号平行于所述格栅，V波段极化信号垂直于所大气辐射信号电磁波。

5.根据权利要求3或4所述的正交偏馈抛物面天线宽带信号极化分离装置，其特征在于，所述格栅最小长边尺寸为160mm，最小窄边尺寸为120mm，格栅金属丝直径为0.1mm，金属丝间隔为1.5mm。