CN206022632U - 一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，由Ku频段收发四端口网络和Ku频段线圆极化切换网络复合而成。Ku频段收发四端口网络包括门扭式分波头、两个U形弯波导1、两个U形弯波导2、两个宽带波导魔T、两个波导负载、两个Z形弯波导1、一个+45°扭波导、一个‑45°扭波导、一个相位补偿波导、两个Z形弯波导2和两个收发频率双工器；Ku频段线圆极化切换网络包括四个波导开关、四个E面弯波导、两个U形弯波导3、两个U形弯波导4、两个EH双面弯波导、接收频段±45°移相器、发射频段±45°移相器和两个波导魔T。本实用新型采用波导开关作为线圆极化切换部件，不仅切换迅速，到位率高，而且保证了馈源网络的气密性。同时，本实用新型具有结构紧凑，免于调试，驻波、轴比、端口隔离度等电气性能优秀的特点。

Description

一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络

技术领域

本实用新型涉及一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，特别涉及两种工作状态，分别为Ku频段收发线极化工作状态和Ku频段收发圆极化工作状态，属于反射面天线馈源网络领域。

背景技术

在卫星通信与测控系统中，反射面天线是不可或缺的重要组成部分，它的性能直接决定了整个卫星通信与测控系统的性能。馈源网络作为反射面天线的核心部件，用于实现反射面天线收发共用或者极化复用的功能。随着卫星通信与测控技术的发展，系统经常要求反射面天线馈源网络同时具有收发共用和极化复用功能，并对其电气性能、结构形式、可靠性和可维护性等要求越来越高。

目前国内外反射面天线的收发共用线圆极化复用馈源网络大多采用波导分波头将接收和发射频段信号分开，接收和发射频段信号再分别通过波导移相器和正交模耦合器实现水平、垂直线极化或者左、右旋圆极化信号的极化鉴别功能；线圆极化的切换功能是利用直流电机驱动波导移相器绕馈源网络轴线做0°～45°的圆周运动实现，在波导移相器两端连接有圆波导旋转关节。采用上述结构形式的馈源网络，虽然原理简单，技术较成熟，但是由于波导分波头带宽较窄，直接影响了馈源网络的工作带宽，且整个馈源网络调试工作量大，不适合批量生产。同时，由于采用直流电机驱动波导移相器实现线极化和圆极化之间的切换，机械结构复杂，切换时间长，切换到位率低，可靠性较差。最重要的问题是，由于圆波导旋转关节的影响，难以实现整个馈源网络的气密性，即便采用带油封的气密型圆波导旋转关节，由于油封的磨损和老化，难以实现馈源网络整个生命周期的气密性，且更换油封等维护工作较困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的上述不足，提供一种性能优良的收发共用线圆极化复用馈源网络，它不仅具有较宽的工作频带，而且具有结构简单、电气性能好、免于调试等特点，同时，它还满足线圆极化切换时间快，状态稳定，可靠性高，气密性好等要求，适用于高性能反射面天线。

本实用新型的目的是这样实现的：

提供了一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其包括，由Ku频段收发四端口网络1和Ku频段线圆极化切换网络2复合而成，Ku频段收发四端 口网络1的四个输出端口与Ku频段线圆极化切换网络复合2的四个输入端口分别一一对应相连通；

所述Ku频段线圆极化切换网络2包括发射单元2a和接收单元2b；

所述的发射单元2a包括左旋波导开关201和右旋波导开关202，所述的左旋波导开关201和右旋波导开关202的圆极化端口上各接有一移相器，两个移相器的接收频段相位差为90°，两个移相器分别一一对应的连接到一波导魔T207的两个合成端口上，波导魔T207的H臂端口通过第三U形弯波导208连接到左旋波导开关201的左旋信号接收端，波导魔T207的E臂端口通过第四U形弯波导209连接到右旋波导开关202的右旋信号接收端，在左旋波导开关201和右旋波导开关202的信号收发端口上各接有第五U形弯波导203；

所述的发射单元和接收单元的结构相同。

进一步的，所述的Ku频段收发四端口网络1包括门扭式分波头101、在门扭式分波头101的四个波导口上分别接有两个第一U形弯波导102和两个第二U形弯波导103，两个第一U形弯波导102相对称设置，两个第二U形弯波导103相对称设置，所述的第一U形弯波导102接到第二宽带魔T105上，第二U形弯波导103接到第一宽带魔T104上，第一宽带魔T位于第二宽带魔T上方，在第一宽带魔T上接有波导负载106，第一宽带魔T104的E臂端口连接到第一双工器111的公共端口，第二宽带魔T105接有波导负载106，第二宽带魔T105的E臂端口连接到第二双工器112的公共端口。

进一步的，所述的第一宽带魔T104的E臂端口与-45°扭波导107相连，-45°扭波导107通过相位补偿波导109连接到第二双工器的公共端口，所述的第二宽带魔T105的E臂端口+45°扭波导108相连，+45°扭波导108通过波导连接到第一双工器的公共端口。

进一步的，所述的第一双工器111和第二双工器112的公共端口相齐平。

进一步的，所述的门扭式分波头101的中央设有匹配阶梯。

进一步的，所述弯波导的匹配结构均为3阶台阶形式。

进一步的，在左旋波导开关上接有+45°移相器204，在右旋波导开关接有-45°移相器205。

进一步的，所述的+45°移相器204BJ120为标准矩形波导加载电容膜片结构，-45°移相器205为BJ120标准矩形波导加载电感膜片形式。

进一步的，所述第一宽带魔T104为扁波导加载金属匹配圆柱设计形式的宽带魔T，通过三阶阶梯过渡到BJ120标准矩形波导接口。

进一步的，所述第一U形弯波导102和第二U形弯波导103的电长度差值等于相位补偿波导109的电长度。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本实用新型采用门扭式分波头和宽带波导魔T作为信号的分解与合成的主要器件，在接收频段到发射频段整个频率范围内实现了良好的阻抗匹配，很好地控制了相位一致性，为减小圆极化信号的轴比创造了有利条件。

(2)本实用新型采用收发频率双工器实现接收信号和发射信号的分离，接收与发射频段之间的隔离度能够做到95dB以上。

(3)本实用新型采用±45°移相器作为合成圆极化信号的移相器件，工作频带宽，并且实现了接收频段圆极化信号和发射频段圆极化信号的分开合成，便于控制移相量，减小圆极化轴比。

(4)本实用新型采用波导开关作为线圆极化切换的关键器件，切换迅速，切换到位率高，并且可靠性高，便于维护。

(5)本实用新型具有结构简单，驻波、差损、交叉极化、圆极化轴比、隔离度等电气性能优良，便于模块化等优点。

(6)本实用新型能够实现整个馈源网络的气密性要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的Ku频段收发四端口网络的结构图。

图3是本实用新型的门扭式分波头的结构图。

图4是本实用新型的宽带波导魔T的结构图。

图5是本实用新型的宽带波导魔T的A方向剖视图。

图6是本实用新型的宽带波导魔T的B方向剖视图。

图7是本实用新型的Ku频段线圆极化切换网络的结构图。

图8是本实用新型的波导开关A状态的结构示意图。

图9是本实用新型的波导开关B状态的结构示意图

图10是本实用新型的+45°移相器的结构示意图。

图11是本实用新型的-45°移相器的结构示意图。

图12是本实用新型的E面弯波导匹配结构示意图。

图13是本实用新型的H面弯波导匹配结构示意图。

附图标记说明：Ku频段收发四端口网络1、门扭式分波头101、第一U形弯波导102、第二U形弯波导103、第一宽带魔T104、第二宽带魔T105、波导负载106、-45°扭波导107、+45°扭波导108、相位补偿波导109、Z形弯波导110、第一双工器111、第二 双工器112。

Ku频段线圆极化切换网络复合2、发射单元2a、和接收单元2b、左旋波导开关201、和右旋波导开关202、第五U形弯波导203、+45°移相器204、-45°移相器205、波导魔T207、第三U形弯波导208、第四U形弯波导209。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示为本实用新型Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络的结构图，本实用新型Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络由Ku频段收发四端口网络1和Ku频段线圆极化切换网络2复合而成。

如图2所示Ku频段收发四端口网络1包括门扭式分波头101、第一U形弯波导102、第二U形弯波导103、第一宽带魔T104、第二宽带魔T105、波导负载106、-45°扭波导107、+45°扭波导108、相位补偿波导109、Z形弯波导110、第一双工器111、第二双工器112组成,门扭式分波头101如图3所示为5端口分波器件,其圆波导端口为公共端口,4个输出端口为BJ120标准矩形波导接口，且呈十字结构分布，门扭式分波头101的匹配结构为两阶圆台结构，在10.7GHz～14.5GHz的频率范围内，驻波小于1.12，在门扭式分波头101的四个波导口上分别接有两个第一U形弯波导102和两个第二U形弯波导103，两个第一U形弯波导102相对称设置，两个第二U形弯波导103相对称设置,两个第一U形弯波导102所在平面与两个第二U形弯波导103所在平面相正交，所述的第一U形弯波导102接到第二宽带魔T105上，第二U形弯波导103接到第一宽带魔T104上，第一宽带魔T位于第二宽带魔T上方，第一宽带魔T104和第二宽带魔T105接有波导负载106，在第一宽带魔T104和第二宽带魔T105的E臂端口可以分别得到两个频率范围10.7GHz～14.5GHz的极化相互正交的信号，在第一宽带魔T104和第二宽带魔T105的H臂端口分别连接一个波导负载105用于吸收由于相位不一致性激励的反极化信号，宽带波导魔T104的外形结构和内部剖视图如图4图5图6所示，由于采用宽带设计原理，在10.7GHz～14.5GHz的频率范围内，宽带波导魔T104的E臂端口和H臂端口驻波均小于1.15，端口隔离度优于40dB。第一宽带魔T的E臂端口与-45°扭波导相连，-45°扭波导107通过相位补偿波导109连接到第二双工器的公共端口，所述的第二宽带魔T105的E臂端口与+45°扭波导108相连，+45°扭波导108通过波导连接到第一双工器的公共端口，第一双工器111和第二双工器112的公共端口相齐平。

第一宽带波导魔T104的E臂端口输出的极化信号再分别经由顺序连接的-45°扭波导107、Z形弯波导110、、进入第一双工器111，收、发两个频段信号分 离，实现收发共用功能。

第二宽带波导魔T105的E臂端口输出的极化信号再分别经由顺序连接的-45°扭波导107、相位补偿波导109、Z形弯波导110进入第二收发频率双工器112，收、发两个频段信号分离，实现收发共用功能。

所述第一U形弯波导102和第二U形弯波导103的电长度差值等于相位补偿波导109的电长度。

为保证信号等相，-45°扭波导107与+45°扭波导108仅扭曲角度相差90°，电长度相同；

如图7所示Ku频段线圆极化切换网络2包括发射单元2a、和接收单元2b、发射单元和接收单元的结构相同，发射单元由左旋波导开关201、和右旋波导开关202、第五U形弯波导203、+45°移相器204、-45°移相器205、波导魔T207、第三U形弯波导208、第四U形弯波导209组成。

所述的发射单元2a包括左旋波导开关201和右旋波导开关202，所述的左旋波导开关201和右旋波导开关202的圆极化端口上各接有一移相器，两个移相器的接收频段相位差为90°，两个移相器分别一一对应的连接到一波导魔T207的两个合成端口上，波导魔T207的H臂端口通过第三U形弯波导208连接到左旋波导开关201的左旋信号接收端，波导魔T207的E臂端口通过第四U形弯波导209连接到右旋波导开关202的右旋信号接收端，在左旋波导开关201和右旋波导开关202的信号收发端上各接有一第五U形弯波导203，发射单元和接收单元并排设置。

在各个第五U形弯波导分别可以得到接收水平、垂直线极化和发射水平、垂直线极化信号，实现Ku频段线极化信号的收发共用功能。

如图8、图9所示，左旋波导开关和右旋波导开关结构相同，二者皆为四端口器件，可分别工作于A、B两种状态，A状态时，端口1和端口2连通，端口3和端口4连通，两个通路之间隔离；B状态时，端口1和端口4连通，端口2和端口3连通，两个通路之间隔离；

对各个端口按功能进行区分，左旋波导开关的端口4作为圆极化端口，左旋波导开关的端口3作为左旋信号接收端，左旋波导开关的端口2作为信号收发端，左旋波导开关和右旋波导开关的端口1作为公共端口；右旋波导开关的端口2作为圆极化端口作为圆极化端口，右旋波导开关的端口3作为右旋信号接收端，右旋波导开关的端口4作为信号收发端，优选波导开关的端口1作为公共端口。

所述的收发信号及进行左、右旋圆极化信号的合成方式是：

如图2所示，第一双工器和第二双工器的发射端口分别连接到发射单元2a的左旋波导开关201和右旋波导开关202的公共端口,第一双工器和第二双工器的接收端口分别连接到接收单元2b的左旋波导开关201和右旋波导开关202的公共端口,在发射单元 和接收单元的左旋波导开关201的圆极化端口上接有+45°移相器，在右旋波导开关201的圆极化端口上接有-45°移相器，两个移相器分别一一对应的连接到一波导魔T207的两个合成端口上，由此控制左旋波导开关和右旋波导开关的工作状态导通通道，即可实现两个双工器的接收端口分别与接收单元的，-45°移相器、+45°移相器的连通或与两个双工器的接收端口分别与第五U形弯波导203的连通，两个双工器的发射端口分别与发射单元的-45°移相器、+45°移相器的连通或两个双工器的发射端口分别与第五U形弯波导203的连通。

当第一双工器和第二双工器的发送端口与移相器连通时，由于-45°移相器204与+45°移相器203相差90°，正交的两个频段线极化信号在波导魔T内即合成为左右旋圆极化信号，并分别沿着波导魔T207的E臂端口由第四U形弯波导输送至右旋波导开关并沿着第五U形弯波导输出，和沿着波导魔T207的H臂端口沿第三U形弯波导208连接到左旋波导开关201并沿着第五U形弯波导输出，实现Ku频段接收左、右旋圆极化信号的共用功能。

发射左、右旋圆极化信号的合成方式同理。

当第一双工器和第二双工器的发送端口与第五U形弯波导连通时，则第一双工器和第二双工器内的水平、垂直信号直接经由第五U形弯波导输出。

发射水平、垂直信号的合成方式同理。

如图10和图11所示，发射频段+45°移相器205和发射频段-45°移相器206的结构图为矩形波导加载电容或电感膜片形式的移相器；

如图12和图13所示，上述各型弯波导的匹配结构采用了3阶台阶形式的匹配结构，在10.7GHz～14.5GHz的频率范围内，弯波导的驻波能够优于1.02，且加工一致性更易保证。上述宽带波导魔T104和波导魔T207仅外部尺寸不同。

Claims (10)

1.一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：由Ku频段收发四端口网络(1)和Ku频段线圆极化切换网络(2)复合而成，Ku频段收发四端口网络(1)的四个输出端口与Ku频段线圆极化切换网络(2)复合的四个输入端口分别一一对应相连通；

所述Ku频段线圆极化切换网络(2)包括发射单元(2a)和接收单元(2b)；

所述的发射单元(2a)包括左旋波导开关(201)和右旋波导开关(202)，所述的左旋波导开关(201)和右旋波导开关(202)的圆极化端口上各接有一移相器，两个移相器的接收频段相位差为90°，两个移相器分别一一对应的连接到一波导魔T(207)的两个合成端口上，波导魔T(207)的H臂端口通过第三U形弯波导(208)连接到左旋波导开关(201)的左旋信号接收端，波导魔T(207)的E臂端口通过第四U形弯波导(209)连接到右旋波导开关(202)的右旋信号接收端，在左旋波导开关(201)和右旋波导开关(202)的信号收发端口上各接有第五U形弯波导(203)；

所述的发射单元和接收单元的结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：所述的Ku频段收发四端口网络(1)包括门扭式分波头(101)、在门扭式分波头(101)的四个波导口上分别接有两个第一U形弯波导(102)和两个第二U形弯波导(103)，两个第一U形弯波导(102)相对称设置，两个第二U形弯波导(103)相对称设置，所述的第一U形弯波导(102)接到第二宽带魔T(105)上，第二U形弯波导(103)接到第一宽带魔T(104)上，第一宽带魔T位于第二宽带魔T上方，在第一宽带魔T上接有波导负载(106)，第一宽带魔T(104)的E臂端口连接到第一双工器(111)的公共端口，第二宽带魔T(105)接有波导负载(106)，第二宽带魔T(105)的E臂端口连接到第二双工器(112)的公共端口。

3.根据权利要求2所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：所述的第一宽带魔T(104)的E臂端口与-45°扭波导(107)相连，-45°扭波导(107)通过相位补偿波导(109)连接到第二双工器的公共端口，所述的第二宽带魔T(105)的E臂端口+45°扭波导(108)相连，+45°扭波导(108)通过波导连接到第一双工器的公共端口。

4.根据权利要求3所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：所述的第一双工器(111)和第二双工器(112)的公共端口相齐平。

5.根据权利要求2所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：所述的门扭式分波头(101)的中央设有匹配阶梯。

6.根据权利要求1所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于，所述弯波导的匹配结构均为3阶台阶形式。

7.根据权利要求1所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：在左旋波导开关上接有+45°移相器(204)，在右旋波导开关接有-45°移相器(205)。

8.根据权利要求6所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于：所述的+45°移相器(204)BJ120为标准矩形波导加载电容膜片结构，-45°移相器(205)为BJ120标准矩形波导加载电感膜片形式。

9.根据权利要求2所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于，所述第一宽带魔T(104)为扁波导加载金属匹配圆柱设计形式的宽带魔T，通过三阶阶梯过渡到BJ120标准矩形波导接口。

10.根据权利要求3所述的一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络，其特征在于，所述第一U形弯波导(102)和第二U形弯波导(103)的电长度差值等于相位补偿波导(109)的电长度。