CN205944372U - 一种微波高频正交模耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于通信领域，提供了一种微波高频正交模耦合器。所述微波高频正交模耦合器包括圆波导、直通臂阶梯波导、直通臂矩形波导、宽缝、耦合臂阶梯波导、直角阶梯波导以及耦合臂矩形波导，所述圆波导、直通臂阶梯波导和直通臂矩形波导共轴相连，宽缝设置于圆波导和直通臂阶梯波导的侧面，垂直于圆波导的轴线和直通臂矩形波导的宽边，宽缝与耦合臂矩形波导之间通过相连的耦合臂阶梯波导和直角阶梯波导连接。本实用新型的微波高频正交模耦合器在获得优异电性能的同时，结构更简单更紧凑，可靠性更高。

Description

一种微波高频正交模耦合器

技术领域

本实用新型属于通信领域，尤其涉及一种微波高频正交模耦合器(Ortho-ModeTransducer，OMT)，又名正交模转换器。

背景技术

在卫星或数字微波中继通信中，为了高效利用频谱资源，扩大通信容量，常在双极化天馈系统中使用正交模耦合器来实现同频复用，使两路频率相同、极化正交、相互隔离的微波信号可双工传输(分离与合成)。

目前在我国40GHz以下微波正交模耦合器的开发已相当成熟，其产品在市场上随处可见。但是，面对日益拥挤的无线电频谱以及复杂的电磁环境，致使无线通信的工作频率往上延伸，因此微波高频正交模耦合器也就有了市场需求。微波高频一般指的是毫米波频段，即40GHz～300GHz。目前较为常用的民用高频频段为E-Band，即71GHz～86GHz。该频段相对应的波长短，其产品体积小、重量轻、机动性好。但不足也较为明显，突出表现为其产品对加工精度要求很高。由于目前国内工艺水平有限，该频段的产品往往加工成本较高，稳定性也难以得到保证。

就目前国内技术水平而言，第一种现有技术提供的正交模耦合器采用了隔离薄片的结构(如图1所示)，在电性能方面，带宽较窄，满足不了指标要求；在结构方面，由于薄片11过薄，尤其在高频，存在断裂风险，可靠性很低，不适用于批量生产。第二种现有技术提供的正交模耦合器，尽管在电性能上存在理论上的可能，但由于微波高频精度要求极高，使用该结构难以保证关键尺寸的精度，产品合格率低，不适用于批量生产，故不值得在微波高频上推广。第三种现有技术提供的一种微波高频正交模耦合器，尽管结构上可实现，但其电性能指标远达不到工程应用。第四种现有技术提供的E-Band正交模耦合器方案(如图2所示)实质上是第三种现有技术提供的一种微波高频正交模耦合器的一种变形，在电性能方面，驻波高，信道间隔离低，不能满足工程应用，在结构方面，对机器加工精度要求高，加工成本较高，产品稳定性差。因此，尽管目前正交模耦合器论文及专利众多，可一旦应用于微波高频，要么结构上复杂并难以实现，要么电性能不满足工程应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微波高频正交模耦合器，旨在解决现有技术的正交模耦合器应用于微波高频时，要么结构上复杂难以实现，要么电性能不满足工程应用的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微波高频正交模耦合器，所述微波高频正交模耦合器包括圆波导、直通臂阶梯波导、直通臂矩形波导、宽缝、耦合臂阶梯波导、直角阶梯波导以及耦合臂矩形波导，所述圆波导、直通臂阶梯波导和直通臂矩形波导共轴相连，宽缝设置于圆波导和直通臂阶梯波导的侧面，垂直于圆波导的轴线和直通臂矩形波导的宽边，宽缝与耦合臂矩形波导之间通过相连的耦合臂阶梯波导和直角阶梯波导连接。

进一步地，所述直角阶梯波导是H面直角阶梯波导。

进一步地，所述直通臂阶梯波导具有至少一个台阶，设置于圆波导和直通臂矩形波导之间。

进一步地，所述耦合臂阶梯波导具有至少一个台阶。

进一步地，所述直角阶梯波导具有至少一个台阶。

进一步地，所述微波高频正交模耦合器采用分体式结构，整体结构由垂直于圆波导轴线的两个剖面分成连接套、连接片和腔体，电性能部分的圆波导、直通臂阶梯波导的一部分、耦合臂阶梯波导的一部分以及直角阶梯波导的一部分位于连接套内，电性能部分的直通臂阶梯波导的另一部分、耦合臂阶梯波导的另一部分以及直角阶梯波导的另一部分位于连接片内，腔体包括上腔体和下腔体，电性能部分的直通臂矩形波导和耦合臂矩形波导位于腔体内。

在本实用新型中，由于微波高频正交模耦合器包括圆波导、直通臂阶梯波导、直通臂矩形波导、宽缝、耦合臂阶梯波导、直角阶梯波导以及耦合臂矩形波导。因此在电性能方面：结合了宽缝耦合和阶梯阻抗匹配的方案，抛弃了电感棒、膜片等传统方案，故在获得优异电性能的同时，结构更简单更紧凑，可靠性更高。又由于所述微波高频正交模耦合器采用分体式结构，整体结构由垂直于圆波导轴线的两个剖面分成连接套、连接片和腔体，因此在机械结构方面：与典型结构相比，加工更容易，十分适用于对机加精度要求高的微波高频产品。因此，本实用新型提供的微波高频正交模耦合器不仅性能优异，而且成本低，产品合格率高，十分适用于批量生产，具有良好的推广价值。

附图说明

图1是现有技术提供的采用隔离薄片结构的正交模耦合器结构示意图。

图2是现有技术提供的E-Band正交模耦合器结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的侧视剖面示意图。

图5是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的分体结构示意图。

图6是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的结构装配立体示意图。

图7是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的直通臂矩形波导的驻波－频率曲线的仿真结果和测试结果对比图。

图8是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的耦合臂矩形波导的驻波－频率曲线的仿真结果和测试结果对比图。

图9是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的隔离－频率曲线的仿真结果和测试结果对比图。

图10是本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的XPD－频率曲线的仿真结果和测试结果对比图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器主要应用于微波接力或卫星通信系统中，实现两路频率相同、极化正交、相互隔离的微波信号可双工传输(分离与合成)，从而高效地利用了频谱资源，扩大通信容量。

从电性能角度分析，请参阅图3，本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器包括圆波导301、直通臂阶梯波导302、直通臂矩形波导303、宽缝304、耦合臂阶梯波导305、直角阶梯波导306以及耦合臂矩形波导307。圆波导301、直通臂阶梯波导302和直通臂矩形波导303共轴相连。宽缝304设置于圆波导301和直通臂阶梯波导302的侧面，垂直于圆波导301的轴线和直通臂矩形波导303的宽边，用于实现电磁信号耦合；宽缝304与耦合臂矩形波导307之间通过相连的耦合臂阶梯波导305和直角阶梯波导306连接。在本实用新型实施例中，直角阶梯波导具体可以为H面直角阶梯波导。

直通臂阶梯波导302具有至少一个台阶，设置于圆波导301和直通臂矩形波导303之间，用于实现电磁信号匹配。在E-Band实施例中，采用了三个台阶以便获得良好的电性能。

耦合臂阶梯波导305具有至少一个台阶，用于实现电磁信号匹配。在E-Band实施例中，采用了三个台阶以便获得良好的电性能。

直角阶梯波导306具有至少一个台阶，用于实现电磁信号匹配和改变电磁信号的传播方向。在E-Band实施例中，采用了两个台阶以便获得良好的电性能。

从机械结构角度分析，请参阅图4至图6，本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器采用了分体式结构。整体结构由垂直于圆波导301轴线的剖面A和剖面B分成三部分：连接套501、连接片502和腔体503。电性能部分的圆波导301、直通臂阶梯波导的一部分302a、耦合臂阶梯波导的一部分305a以及直角阶梯波导的一部分306a位于连接套501内。电性能部分的直通臂阶梯波导的另一部分302b、耦合臂阶梯波导的另一部分305b以及直角阶梯波导的另一部分306b位于连接片502内。腔体503包括上腔体503a和下腔体503b，电性能部分的直通臂矩形波导303和耦合臂矩形波导307位于腔体503内。

本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的外观可以根据客户需求而定制的，不应局限于图6所示。部件之间的紧固方式是通过销钉定位，再用螺丝紧固的(螺丝位置较灵活，图6中未显示)。此外，在信号线周边设置了壁空，从而让上下腔体的信号线接触更好，有效地降低电磁波泄漏的概率。各部件之间通过设置密封槽和密封条(密封槽位置较灵活，图6中未显示)，能实现良好的气密密封。

本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的电性能仿真和实测结果请参阅图7～图10。由图7～图10可知，本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的电性能特点如下：(1)频率高：可应用于E-Band(71GHz～86GHz)或更高频率；(2)宽频带：20％或以上的相对带宽；(3)低驻波：仿真结果小于等于1.1，实测结果小于等于1.3；(4)高隔离：实测结果小于等于-35dB；(5)高XPD(交叉极化鉴别率)：实测结果小于等于-35dB。可见，本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器的频带宽、驻波低、隔离高以及XPD交叉极化鉴别率高，各项指标均优于国内水平，并达到国际行业领先水平。

本实用新型实施例提供的微波高频正交模耦合器是用铝或其他金属通过CNC(COMPUTER NUMERICAL CONTROL，计算机数字控制机床)机加而成。由于仅使用了CNC机加工艺，因此实现难度降低。再者，分体式结构能大幅减小CNC机加深度，避免了铣刀过长过细导致的晃刀问题，从而降低加工难度和成本。其中，倒角是铣刀切削过程中产生，铣刀轴线与圆波导轴线一致。

在本实用新型中，由于微波高频正交模耦合器包括圆波导、直通臂阶梯波导、直通臂矩形波导、宽缝、耦合臂阶梯波导、直角阶梯波导以及耦合臂矩形波导。因此在电性能方面：结合了宽缝耦合和阶梯阻抗匹配的方案，抛弃了电感棒、膜片等传统方案，故在获得优异电性能的同时，结构更简单更紧凑，可靠性更高。又由于所述微波高频正交模耦合器采用分体式结构，整体结构由垂直于圆波导轴线的两个剖面分成连接套、连接片和腔体，因此在机械结构方面：与典型结构相比，加工更容易，十分适用于对机加精度要求高的微波高频产品。因此，本实用新型提供的微波高频正交模耦合器不仅性能优异，而且成本低，产品合格率高，十分适用于批量生产，具有良好的推广价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述微波高频正交模耦合器包括圆波导、直通臂阶梯波导、直通臂矩形波导、宽缝、耦合臂阶梯波导、直角阶梯波导以及耦合臂矩形波导，所述圆波导、直通臂阶梯波导和直通臂矩形波导共轴相连，宽缝设置于圆波导和直通臂阶梯波导的侧面，垂直于圆波导的轴线和直通臂矩形波导的宽边，宽缝与耦合臂矩形波导之间通过相连的耦合臂阶梯波导和直角阶梯波导连接。

2.如权利要求1所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述直角阶梯波导是H面直角阶梯波导。

3.如权利要求1或2所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述直通臂阶梯波导具有至少一个台阶，设置于圆波导和直通臂矩形波导之间。

4.如权利要求3所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述微波高频正交模耦合器应用于E-Band时，所述直通臂阶梯波导具有三个台阶。

5.如权利要求1或2所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述耦合臂阶梯波导具有至少一个台阶。

6.如权利要求5所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述微波高频正交模耦合器应用于E-Band时，所述耦合臂阶梯波导具有三个台阶。

7.如权利要求1或2所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述直角阶梯波导具有至少一个台阶。

8.如权利要求7所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述微波高频正交模耦合器应用于E-Band时，所述直角阶梯波导具有两个台阶。

9.如权利要求1所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，所述微波高频正交模耦合器采用分体式结构，整体结构由垂直于圆波导轴线的两个剖面分成连接套、连接片和腔体，电性能部分的圆波导、直通臂阶梯波导的一部分、耦合臂阶梯波导的一部分以及直角阶梯波导的一部分位于连接套内，电性能部分的直通臂阶梯波导的另一部分、耦合臂阶梯波导的另一部分以及直角阶梯波导的另一部分位于连接片内，腔体包括上腔体和下腔体，电性能部分的直通臂矩形波导和耦合臂矩形波导位于腔体内。

10.如权利要求1所述的微波高频正交模耦合器，其特征在于，各部件之间通过设置密封槽和密封条实现气密密封。