CN210628503U - 一种简易极化跟踪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种简易极化跟踪器，包括正交模耦合器、极化选择器、步进电机，正交模耦合器由上到下依次包括上波导结构块、中波导结构块、下波导结构块。上波导结构块、中波导结构块、下波导结构块连接形成互相平行的第一通道与第二通道。中波导结构块上且靠近第一矩形波导内腔的末端的底面中心设有一个通孔，通孔内设有圆柱形介质块，圆柱形介质块的中心设有第一探针，第一探针为圆柱形金属探针，在靠近第二矩形波导内腔的输入端设有极化扭转结构。本实用新型的简易极化跟踪器具有结构简单、加工和组装方便、成本低的特点。

Description

一种简易极化跟踪器

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种简易极化跟踪器。

背景技术

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称，动中通作用的具体对象包括车辆、轮船、飞机等移动载体。动中通能够实现移动载体运动过程中对卫星平台的实时跟踪，无间断地传输包括图像、声音等多媒体信息。目前，绝大多数Ku、C频段卫星均采用线极化模式，在移动载体相对于同步卫星运动的过程中，一方面要求天线最大增益方向始终对准卫星，另一方面则要求动中通天线的线极化方向能够动态调整，保证与卫星天线的极化方向匹配。

高轮廓的圆口径反射面天线，改变天线极化角的主要方式是直接旋转线极化馈源。低轮廓的平板阵列天线，是无法使用与反射面天线相同的极化调整方法，动中通平板阵列天线只能依靠极化跟踪器来改变天线极化方向。目前，低轮廓的平板阵列天线应用更为广泛，而极化跟踪器是其中的关键器件。

极化跟踪器分为有源和无源两大类，有源极化跟踪器的原理简单，跟踪时间短，但由于其功率容量低，一般只能用在天线的接收端。无源极化跟踪器既可用于接收端，也可用于发射端，且因其具有低损耗、大功率容量、可测试性等特点，已逐渐取代有源线极化跟踪器成为主流。

现有的无源极化跟踪器其驻波通常小于1.25，输出两臂要求平行及相位一致，两臂隔离度在-36dB以下。无源极化跟踪器虽然能够满足绝大多数动中通系统的使用要求，但依然存在结构复杂，部分关键零件不易加工的缺点。

例如，中国发明专利CN 105098360A，公开了一种新型极化跟踪器，包括正交模耦合器、信号输入或输出总口、旋转转子、介质螺套和电机。该新型极化跟踪器存在以下几点问题及缺点：1.正交模耦合器的上、下两个直臂波导之间的连通需要依靠多个波导匹配块及贯穿波导腔两侧壁的耦合针的共同作用，结构复杂且不利于两臂隔离度；2.其U形探针需要经过三次折弯后形成，且弯折后的探针需满足很高的加工精度，增加了模具的成本和制造难度，影响探针的合格率。

例如，中国发明专利CN 106450759A，公开了一种紧凑型线极化跟踪器，包括等相位正交模耦合器、步进电机驱动总成、旋转正交模耦合器、L形波导旋转关节。该极化跟踪器存在以下几点问题及缺点：1.极化跟踪器具有多个齿轮和轴承结构，零部件多且结构复杂，装配过程繁琐，成本较高；2.极化跟踪器的输出双臂不同向；3.步进电机驱动L形波导旋转关节以带动旋转正交模耦合器旋转，以实现了对线极化信号的无缝跟踪，工作时相对运动的部件较多，使得极化跟踪器长时间工作后各个部件之间容易造成磨损的情况，影响电磁信号的传导及跟踪效果。

鉴于此，有必要对现有技术中的极化跟踪器予以改进，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种简易极化跟踪器，本实用新型的简易极化跟踪器在电性能方面，其驻波比、相位一致性、隔离度等性能良好；结构方面，极化跟踪器结构简单、易于加工且两个矩形波导内腔的电磁信号平行同向输出。同时，通过等比缩放，本实用新型的简易极化跟踪器主要应用于Ku频段卫星通信动中通天线，也可应用于其他频段的卫星通信动中通天线。

实现本实用新型目的的技术方案如下：一种简易极化跟踪器，包括正交模耦合器，正交模耦合器由上到下依次包括上波导结构块、中波导结构块、下波导结构块。上波导结构块、中波导结构块、下波导结构块三者经螺栓连接形成一个整体，使得正交模耦合器的结构简单。上波导结构块与中波导结构块连接后形成一端开口的第一通道，第一通道内设有第一矩形波导内腔。中波导结构块与下波导结构块连接后形成两端开口的第二通道，第二通道内设有第二矩形波导内腔及第一方形波导内腔，第二矩形波导内腔与第一方形波导内腔连通，且第一方形波导内腔位于第二矩形波导内腔的末端。第一通道的前端端口与第二通道的前端端口的截面尺寸相同，第一通道与第二通道平行，且第二矩形波导内腔位于第一矩形波导内腔的正下方。第一通道与第二通道平行，能够使得经第一通道进入第一矩形波导内腔及第二通道进入第二矩形波导内腔的电磁波信号保持平行。

为了便于第一通道与第二通道的连通，将第一矩形波导内腔内的电磁波信号耦合输送至第一方形波导内腔内，在中波导结构块上且靠近第一矩形波导内腔末端的底面中心设有一个通孔，通孔内设有圆柱形介质块，圆柱形介质块与第一通道及第二通道垂直，且圆柱形介质块的中心设有第一探针，第一探针为圆柱形金属探针。进入第一矩形波导内腔的电磁波信号经圆柱形介质块及圆柱形金属探针耦合输送至第一方形波导内腔的输入端。

在靠近第二矩形波导内腔的输入端设有极化扭转结构，极化扭转结构包括位于中波导结构块下端面的第一极化扭转结构、位于下波导结构块上端面的第二极化扭转结构。第一极化扭转结构包括并列设置的第一极化扭转凹槽及第一极化扭转凸起，第二极化扭转结构包括并列设置的第二极化扭转凹槽及第二极化扭转凸起，第一极化扭转结构与第二极化扭转结构沿中波导结构块与下波导结构块的连接面的中心线180°旋转对称。极化扭转结构用于将输入第二矩形波导内腔的电磁波信号极化旋转90°后输入第一方形波导内腔的输入端。

其中，为了将输入第一方形波导内腔的第一矩形波导内腔及第二矩形波导内腔的电磁波信号混合后输出，简易极化跟踪器还包括极化选择器，极化选择器包括方圆过渡、T型基座。方圆过渡内设有1个输入通道，输入通道与第一方形波导内腔的输出端连接，T型基座内设有一个输出通道，输入通道及第一方形波导内腔与输出通道垂直。

极化选择器内还设有介质转子，介质转子一端设有第二探针。第二探针的另一端位于输入通道的圆形波导内腔，且介质转子及第二探针的中心线与圆形波导内腔的中心线重合。介质转子的另一端与步进电机连接，步进电机带动介质转子转动，使第二探针进行360°旋转。介质转子及第二探针旋转，当所耦合能量最大时，便对应了与卫星天线匹配的状态，在此基础上，通过配套的伺服反馈系统便可完成接收端的极化跟踪功能。

进一步的，第一矩形波导内腔包括第一矩形波导凹槽及第二矩形波导凹槽，第一矩形波导凹槽设在上波导结构块下端面上，第二矩形波导凹槽设在中波导结构块上端面上。

第二矩形波导内腔包括第三矩形波导凹槽、第一极化扭转结构、第四矩形波导凹槽、第二极化扭转结构，第三矩形波导凹槽与第四矩形波导凹槽沿中波导结构块与下波导结构块的连接面镜像对称。

方形波导内腔包括第五矩形波导凹槽、第六矩形波导凹槽，第五矩形波导凹槽及第六矩形波导凹槽的高度为宽度的一半。第五矩形波导凹槽设在中波导结构块下端面上，第六矩形波导凹槽设在下波导结构块上端面上，且第五矩形波导凹槽与第六矩形波导凹槽沿中波导结构块与下波导结构块的连接面镜像对称。

进一步的，第一矩形波导内腔及第二矩形波导内腔内还设有矩形匹配台阶，第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶在不影响传输匹配的情况下，用以抬高波导的高度以避开中波导结构块内的第一极化扭转凹槽，避免加工时打穿上下通道。在第二矩形波导内腔设置矩形匹配台阶，便于从第二矩形波导内腔逐渐过渡到第一方形波导内腔所需的尺寸。

第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶包括位于上波导结构块下端面的第一矩形匹配台阶、位于中波导结构块上端面的第二矩形匹配台阶。第一矩形匹配台阶及第二矩形匹配台阶的最低台阶面位于第一矩形波导内腔的前端，第一矩形匹配台阶的最高台阶面与第一矩形波导凹槽连接且位于同一水平面内。第二矩形匹配台阶的最高台阶面与第二矩形波导凹槽连接且位于同一水平面内，第一矩形匹配台阶与第二矩形匹配台阶相同。

第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶位包括位于中波导结构块下端面的第三矩形匹配台阶、位于下波导结构块上端面的第四矩形匹配台阶。第三矩形匹配台阶的最低台阶面与第一极化扭转凹槽共面，第三矩形匹配台阶的最高台阶面与第五矩形波导凹槽连接且位于同一水平面内。第四矩形匹配台阶的最低台阶面与第二极化扭转凹槽共面，第四矩形匹配台阶的最高台阶面与第六矩形波导凹槽连接且位于同一水平面内。第三矩形匹配台阶与第四矩形匹配台阶沿中波导结构块与下波导结构块的连接面镜像对称。优选的，随着矩形匹配台阶的台阶级数增大，阻抗变换缓慢，则匹配带宽就越宽。但过多的级数会显著增大正交模耦合器的长度，因此矩形匹配台阶设置为三级台阶。

进一步的，第二矩形波导内腔的末端还设有过渡匹配台阶，包括位于中波导结构块下端面的第一过渡匹配台阶、位于下波导结构块上端面的第二过渡匹配台阶。第一过渡匹配台阶与第二过渡匹配台阶沿中波导结构块与下波导结构块的连接面镜像对称。过渡匹配台阶的设置，能够将两侧壁之间的间距逐渐过渡到方形波导内腔所需的尺寸，通过合理设计，使得所在频段的阻抗实现过渡匹配，减少反射。

第一过渡匹配台阶及第二过渡匹配台阶位于第二矩形波导内腔的两侧壁上，且第一过渡匹配台阶及第二过渡匹配台阶的最低台阶面与第一方形波导内腔的侧壁共面，第一过渡匹配台阶及第二过渡匹配台阶的最高台阶面与第二矩形波导内腔的侧壁共面。

作为对本实用新型的进一步改进，为了便于对第一通道与第二通道之间的连接阻抗进行适当调节，在中波导结构块上，且位于第一矩形波导内腔的末端中心设有第一调节螺钉，第一调节螺钉与第一矩形波导内腔平行。在下波导结构块上，且位于第二矩形波导内腔的末端底面位置设有第二调节螺钉，第二调节螺钉与第二矩形波导内腔垂直。第一调节螺钉及第二调节螺钉的设置，能够降低正交模耦合器加工所需的精度和成本。

其中，圆柱形金属探针插入后，需严格控制与第二矩形波导内腔底面的距离，其对电磁匹配影响很大，为了避免不断的对。圆柱形金属探针插入深度进行调试，将圆柱形金属探针设计为上大下小的结构。即，圆柱形金属探针包括同轴设置的第一金属圆柱体及第二金属圆柱体，第一金属圆柱体的直径大于第二金属圆柱体的直径，且第一金属圆柱体位于第一矩形波导内腔内，第二金属圆柱体位于第二矩形波导内腔内。

与现有技术相比，本实用新型型的有益效果是：

1.正交模耦合器的第一通道与第二通道的连通仅由圆柱形介质块和第一探针(即，圆柱形金属探针)形成，结构简单，便于加工和组装。且在此基础上，第一通道与第二通道的电磁波信号输入端口平行且同向，便于和双工器直连，而且第一通道与第二通道的电磁波信号输入端口之间的距离短，使得正交模耦合器的整体布局更加紧凑。

2.第一调节螺钉和第二调节螺钉的设置，能够对第一通道与第二通道之间的连接阻抗进行适当调节，修正因为加工误差带来的不匹配，降低了加工所需精度和成本。

3.本实用新型的简易极化跟踪器的带宽、插损等性能不低于现有技术背景中的产品，如驻波比、端口隔离度则优于现有产品。

4.本实用新型中介质转子在T型基座内可进行360°旋转，且介质转子与步进电机通过键槽直连，无需任何齿轮传动结构，传动精度高，成本低，可实现对卫星极化方向的无缝跟踪。

附图说明

图1为本实用新型中简易极化跟踪器的结构示意图；

图2为本实用新型中简易极化跟踪器的正交模耦合器的结构分解示意图；

图3为本实用新型中正交模耦合器的上波导结构块的下端面示意图；

图4为本实用新型中正交模耦合器的中波导结构块的上端面示意图；

图5为本实用新型中正交模耦合器的中波导结构块的下端面示意图；

图6为本实用新型中正交模耦合器的下波导结构块的上端面示意图；

图7为本实用新型中正交模耦合器中第二调节螺钉的位置示意图；

图8为本实用新型中正交模耦合器的圆柱形介质块及第一探针的示意图；

图9为本实用新型中简易极化跟踪器的极化选择器的立体图；

图10为本实用新型中简易极化跟踪器的极化选择器的截面示意图；

图11为本实用新型中极化选择器的方圆过渡的结构示意图；

图12为本实用新型中极化选择器的靠近进步电机一侧的T型基座的示意图；

图13为本实用新型中极化选择器的靠近方圆过渡一侧的T型基座的示意图；

图14为本实用新型中极化选择器的介质转子的结构示意图；

图15为本实用新型中极化选择器的第二探针的结构示意图；

图16为本实用新型中步进电机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

如图1所示，本实施方式提供一种简易极化跟踪器，包括正交模耦合器1、极化选择器2、步进电机3。

其中，如图2所示，正交模耦合器1由上到下依次包括上波导结构块11、中波导结构块12、下波导结构块13。上波导结构块11、中波导结构块12、下波导结构块13三者经螺栓连接形成一个整体，形成一个三端口网络。上波导结构块11与中波导结构块12连接后形成形成一端开口的第一通道，第一通道具有电磁波信号输入端口A，第一通道内设有第一矩形波导内腔。中波导结构块12与下波导结构块13连接后形成两端开口的第二通道，第二通道内设有第二矩形波导内腔及第一方形波导内腔，第二矩形波导内腔与第一方形波导内腔连通，且第一方形波导内腔位于第二矩形波导内腔的末端，第二矩形波导内腔的前端具有电磁波信号输入端口B，第一方形波导内腔的末端具有电磁波信号第一输出端口C。第一通道与第二通道平行，且第二矩形波导内腔位于第一矩形波导内腔的正下方。第一通道的前端端口与第二通道的前端端口的截面尺寸相同(即电磁波信号输入端口A与电磁波信号输入端口B的截面尺寸相同)。第一通道与第二通道平行，能够使得经第一通道进入第一矩形波导内腔的电磁波信号a1及第二通道进入第二矩形波导内腔的电磁波信号b1能够保持平行。

如图3及图4所示，第一矩形波导内腔包括第一矩形波导凹槽112及第二矩形波导凹槽1202，第一矩形波导凹槽112设在上波导结构块11下端面上，第二矩形波导凹槽1202设在中波导结构块12上端面上。

如图5及图6所示，第二矩形波导内腔包括第三矩形波导凹槽1206、第一极化扭转结构、第四矩形波导凹槽131、第二极化扭转结构。第三矩形波导凹槽1206与第四矩形波导凹槽131沿中波导结构块12与下波导结构块13 的连接面镜像对称。

如图5及图6所示，方形波导内腔包括第五矩形波导凹槽1211、第六矩形波导凹槽137，第五矩形波导凹槽1211及第六矩形波导凹槽137的高度为宽度的一半。第五矩形波导凹槽1211设在中波导结构块12下端面上，第六矩形波导凹槽137设在下波导结构块13上端面上，且第五矩形波导凹槽1211 与第六矩形波导凹槽137沿中波导结构块12与下波导结构块13的连接面镜像对称。

第一矩形波导内腔及第二矩形波导内腔内还设有矩形匹配台阶。如图3 及图4所示，第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶包括位于上波导结构块11 下端面的第一矩形匹配台阶111、位于中波导结构块12上端面的第二矩形匹配台阶1201。第一矩形匹配台阶111及第二矩形匹配台阶1201的最低台阶面位于第一矩形波导内腔的前端，第一矩形匹配台阶111的最高台阶面与第一矩形波导凹槽112连接且位于同一水平面内。第二矩形匹配台阶1201的最高台阶面与第二矩形波导凹槽1202连接且位于同一水平面内，第一矩形匹配台阶111与第二矩形匹配台阶1201相同。

如图5及图6所示，第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶位包括位于中波导结构块12下端面的第三矩形匹配台阶1209、位于下波导结构块13上端面的第四矩形匹配台阶134。第三矩形匹配台阶1209的最低台阶面与第一极化扭转凹槽1207共面，第三矩形匹配台阶1209的最高台阶面与第五矩形波导凹槽1211连接且位于同一水平面内。第四矩形匹配台阶134的最低台阶面与第二极化扭转凹槽132共面，第四矩形匹配台阶134的最高台阶面与第六矩形波导凹槽137连接且位于同一水平面内。第三矩形匹配台阶1209与第四矩形匹配台阶134沿中波导结构块12与下波导结构块13的连接面镜像对称。

如图5及图6所示，第二矩形波导内腔的末端还设有过渡匹配台阶，包括位于中波导结构块12下端面的第一过渡匹配台阶1210、位于下波导结构块13上端面的第二过渡匹配台阶135。第一过渡匹配台阶1210与第二过渡匹配台阶135沿中波导结构块12与下波导结构块13的连接面镜像对称。第一过渡匹配台阶1210及第二过渡匹配台阶135位于第二矩形波导内腔的两侧壁上，且第一过渡匹配台阶1210及第二过渡匹配台阶135的最低台阶面与第一方形波导内腔的侧壁共面，第一过渡匹配台阶1210及第二过渡匹配台阶135的最高台阶面与第二矩形波导内腔的侧壁共面。

矩形匹配台阶及过渡匹配台阶均优选为三级台阶，且矩形匹配台阶的各级台阶的宽度及高度可以相同，也可以不同。

如图4所示，为了便于对第一通道与第二通道之间的连接阻抗进行适当调节，在中波导结构块12上，且位于第一矩形波导内腔的末端中心设有第一调节螺钉1203，第一调节螺钉1203与第一矩形波导内腔平行。如图7所示，在下波导结构块13上，且位于第二矩形波导内腔的末端底面位置设有第二调节螺钉136，第二调节螺钉136与第二矩形波导内腔垂直。第一调节螺钉1203及第二调节螺钉136的设置，能够降低正交模耦合器1加工所需的精度和成本。

为了便于第一通道与第二通道的连通，将电磁波信号输入端口A进入第一矩形波导内腔内的电磁波信号a1耦合输送至至第一方形波导内腔内。如图8所示，在中波导结构块12上且靠近第一矩形波导内腔末端的底面中心设有一个通孔，通孔内设有圆柱形介质块1205，圆柱形介质块1205与第一通道及第二通道垂直，且圆柱形介质块1205的中心设有第一探针，第一探针为圆柱形金属探针1204。进入第一矩形波导内腔的电磁波信号经圆柱形介质块1205及圆柱形金属探针1204耦合输送至第一方形波导内腔的输入端。圆柱形金属探针1204优选为同轴设置的第一金属圆柱体及第二金属圆柱体，第一金属圆柱体的直径大于第二金属圆柱体的直径，且第一金属圆柱体位于第一矩形波导内腔内，第二金属圆柱体位于第二矩形波导内腔内，第一金属圆柱体与第二金属圆柱体的连接过渡面紧贴于圆柱形介质块1205上。在本实施例中，第一金属圆柱体与第一矩形波导内腔末端的距离为0.25λg，第二调节螺钉136的中心线位于第二过渡匹配台阶135的对称面内且垂直于底面，且第二调节螺钉136的中心线与圆柱形金属探针1204的中心线之间的距离约为0.25λg。

为便于将经电磁波信号输入端口B进入第二矩形波导内腔内的电磁波信号b1扭转90°后进入第一方形波导内腔内。如图5及图6所示，在靠近第二矩形波导内腔的输入端设有极化扭转结构，极化扭转结构包括位中波导结构块12下端面的第一极化扭转结构、位于下波导结构块13上端面的第二极化扭转结构，第一极化扭转结构包括并列设置的第一极化扭转凹槽1207 及第一极化扭转凸起1208，第二极化扭转结构包括并列设置的第二极化扭转凹槽132及第二极化扭转凸起133，第一极化扭转结构与第二极化扭转结构沿中波导结构块12与下波导结构块13的连接面的中心线180°旋转对称。极化扭转结构用于将输入第二矩形波导内腔的电磁波信号极化旋转90°后输入第一方形波导内腔的输入端。在本实施例中，第一极化扭转凹槽1207 及第二极化扭转凹槽132的宽度比第一极化扭转凸起1208及第二极化扭转凸起133的宽度略宽，(即第一极化扭转凹槽1207及第二极化扭转凹槽132 的宽度相同且均大于第二矩形波导内腔宽度的1/2，第一极化扭转凸起1208 及第二极化扭转凸起133的宽度相同且均小于第二矩形波导内腔宽度的 1/2)，第二极化扭转凹槽132、第二极化扭转凸起133、第一极化扭转凹槽 1207、第一极化扭转凸起1208的长度(即第二矩形波导内腔的长度方向) 均相同。

其中，进入第一方形波导内腔的电磁波信号a及电磁波信号b在第一方形波导内腔内彼此正交，经电磁波信号第一输出端口C输出进入极化选择器 2内。

如图9及图10所示，极化选择器2包括方圆过渡21、第二探针22、介质转子23、匹配活塞24、T型基座25，极化选择器2为2端口网络，包括1 个输入通道及1个输出通道，输入通道具有电磁波输入端口D，电磁波输入端口D与电磁波信号第一输出端口C的尺寸相同且重合，输出通道具有电磁波信号第二输出端口E。输入通道与第一方形波导内腔的输出端连接，且输入通道及第一方形波导内腔与输出通道垂直。

如图11所示，方圆过渡21加工有：接口插槽211、方形波导212、圆形波导213，方形波导212内设有第二方形波导内腔，圆形波导213内设有圆形波导内腔，接口插槽211、方形波导212、圆形波导213三者的中心线重合。正交模耦合器1的电磁波信号第一输出端口C处设有一圈凸起，正交模耦合器1的电磁波信号第一输出端口C插入接口插槽211内，实现正交模耦合器1与极化选择器2的连接。方形波导212的内边长大于电磁波信号第一输出端口C的内边长，且圆形波导213的直径大于方形波导212的内边长。同时，为了便于方形波导212至圆形波导213的顺利过渡，在方形波导212 的内四周顶角处设有圆角。

如图12及图13所示，T型基座25包括竖向的立方体金属块251及横向的法兰盘252，立方体金属块251的最小表面的中心连线与法兰盘252的中心对称线重合。T型基座25的中心加工有同轴的圆环凸起253、第一过孔254、圆柱凸起256以及第二过孔257，T型基座25上还加工有与圆环凸起253、第一过孔254、圆柱凸起256以及第二过孔257的轴线相垂直的矩形波导腔 255，矩形波导腔255与立方体金属块251和法兰盘252的中心线重合并贯通后两者，位于法兰盘252一端的矩形波导腔255具有电磁波信号第二输出端口E，远离法兰盘252一端的矩形波导腔255上设有匹配活塞24。匹配活塞24的形状为立方体，其最大表面的尺寸与T型基座25的矩形波导凹槽255 相同，匹配活塞24插入在矩形波导凹槽255远离法兰盘252的一端并可上下移动。

第一过孔254及第二过孔257内贯穿设有介质转子23，如图14所示，介质转子23包括第二圆柱体232，第二圆柱体232一端的中心加工有键槽 234，键槽234两切割面沿同心圆中心轴线对称；第二圆柱体232的另一端设有同轴的第一圆柱体231，第一圆柱体231的直径小于第二圆柱体232，且第一圆柱体231的中心铣设加工有盲孔233，盲孔233的深度约为0.25λg。具体的，第一过孔254的直径与介质转子23的第一圆柱体231的直径相等，第二过孔257的直径与介质转子23的第二圆柱体232的直径相等。

介质转子23一端设有第二探针22，即盲孔233内插入有第二探针22，第二探针22的另一端位于输入通道的圆形波导内腔内，且介质转子23及第二探针22的中心线与圆形波导内腔的中心线重合。在本实施例中，如图15 所示，第二探针22优选为Z形圆柱形金属探针，Z形圆柱形金属探针包括依次连接的第一直线段221、第二直线段222、第三直线段223。第一直线段 221、第二直线段222、第三直线段223三者直径相同且位于同一水平面内。第一直线段221与第二直线段222之间的夹角为钝角，第二直线段222与第三直线段223之间的夹角为锐角。Z形圆柱形金属探针的设置，能够减少第二探针22加工的折弯次数，降低了第二探针22加工的难度，提高第二探针 22的合格率。优选的，第一直线段221与第二直线段222之间、第二直线段 222与第三直线段223之间均设有圆角过渡。

介质转子23的另一端连接有步进电机3，如图16所示，步进电机3包括转轴31及电机本体32，转轴31一端插入电机本体32，另一端末尾加工成平键的形状并插入到介质转子23的键槽234内，转轴31末尾平键的尺寸与介质转子23的键槽的211尺寸一致。步进电机3带动介质转子23转动，使第二探针22进行360°旋转。

其中，本实用新型中，除圆柱形介质块1205、介质转子23为常用介电材料，其余零部件均为金属导电材料。

其中，本实用新型的简易极化跟踪器的工作频率为： 12.25GHz～12.75GHz，简易极化跟踪器通过等比缩放的方式适用于其他频段。

本实用新型的简易极化跟踪器的工作原理是：

当简易极化跟踪器工作在接收状态时，电磁波信号输入端口A和电磁波信号输入端口B成为输入端口、电磁波信号第二输出端口E成为输出端口，电磁波信号输入端口A和电磁波信号输入端口B分别接收了天线上两个正交的极化分量(a分量和b分量)，电磁波信号输入端口A通过圆柱形介质块 1205和圆柱形金属探针1204共同作用将a分量的电磁波耦合到第一方形波导内腔进口端并形成电场方向平行于电磁波信号第二输出端口E的电磁波a1；

通过第一极化扭转凹槽1207、第一极化扭转凹槽132和第一极化扭转凸起1208、第二极化扭转凸起133的共同作用，将经电磁波信号输入端口B 输入的b分量的电磁波旋转90°直接输入第一方形波导内腔进口端并形成电场方向垂直于电磁波信号第二输出端口E的电磁波b1。a1和b1彼此正交并同时存在于第五矩形波导凹槽1211和第六矩形波导凹槽137共同组成的第一方形波导内腔内。再通过方圆过渡21将a1和b1转化为圆形波导213内的电磁波c1，根据接收波的极化方向，a1和b1的比例发生对应变化，从而使得c1在圆波导截面内的极化方向改变，由于只有电场方向与Z形探针对称截面相平行的电磁波可以被第二探针22接收并耦合到电磁波信号第二输出端口E中，步进电机3的转轴31带动介质转子23和第二探针22共同旋转360°所得能量最大时的旋转角，便对应了与卫星天线匹配的状态，在此基础上，通过配套的伺服反馈系统便可完成接收端的极化跟踪功能。

发射频段线极化跟踪与接收频段线极化跟踪互易，根据接收和发射电磁波的正交性要求，若某一时刻，接收端极化跟踪器处于极化匹配状态，则对应的发射天线Z形探针的方向应与该时刻接收端Z形探针的方向垂直。

现以在Ku接收频段使用过的简易极化跟踪器为例进行详细描述，正交模耦合器1的电磁波信号输入端口A和电磁波信号输入端口B尺寸均为 19.5mm×9.525mm，两者中心点之间的距离为14.525mm，电磁波信号第一输出端口C的尺寸为14.1mm×14.1mm。

第一通道中，第一矩形匹配台阶111和第二矩形匹配台阶1201尺寸相同，三级台阶由低到高的长度和高度尺寸分别为11.3mm×0.7mm、9mm× 0.9mm、9×0.9mm，第一矩形波导凹槽112的深度为2.5mm，电磁波信号输入端口A距离第一通道尾端的距离为64.3mm，第一通道内加工圆角半径为 3mm。

第二通道中，从电磁波信号输入端口B到第一极化扭转凹槽1207和第一极化扭转凸起1208边缘的距离为17.8mm，第一极化扭转凹槽1207和第一极化扭转凸起1208的宽度分别为10.9mm和6.6mm，两者长度均为6mm。第三矩形匹配台阶1209的三级台阶由低到高的长度和高度尺寸分别为6mm ×0.81mm、4.4mm×0.5mm、7.5mm×0.4mm，第一过渡匹配台阶1210的三级台阶由高到低的长度和高度尺寸分别为10.84×0.76mm、11.28mm× 1.19mm，24mm×0.35mm。第二通道内加工圆角半径为2mm。圆柱形介质块1205和圆柱形金属探针1204的共同中心线距离端口A为60.04mm。

第一调节螺钉1203和第二调节螺钉136均选用GB/T 73-85中的M1.6 ×8规格，第一调节螺钉1203的中心对称线距离第三矩形波导凹槽1206底面4.4mm，第二调节螺钉136的中心线对称线与圆柱形金属探针1204的中心对称线的距离为5.88mm。

极化选择器2的接口插槽211的尺寸为17.1mm×17.1mm×1.5mm，方形波导212的尺寸为15.5mm×15.5mm×7.5mm，四个圆角的半径为3mm，圆形波导213的尺寸为φ17.5mm×17.2mm。第二探针22(Z形圆柱形金属探针)中第一直线段221和第二直线段222的夹角为105°，第二直线段222 和第3直线段223的夹角为60°。

介质转子23的第一圆柱体231的尺寸为φ3.5mm×2mm，第二圆柱体 231的尺寸为φ5mm×12mm，盲孔233的尺寸为φ1mm×6.04mm，键槽234 的宽度和深度分别为1.5mm×2mm。

T型基座25中，立方体金属块251的尺寸为31mm×31mm×13.525mm，法兰盘252的尺寸为38mm×33mm×5mm，第一过孔254的尺寸为φ3.5mm，第二过孔257的尺寸为φ5mm，圆柱凸起256的尺寸为φ22mm×1.5mm，矩形波导腔255的截面尺寸为19.5mm×9.525mm。匹配活塞24的尺寸为 19.5mm×9.525mm×10mm。

照上述设计尺寸采用HFSS进行仿真计算，在12.25GHz～12.75GHz工作带宽内，公共端口驻波优于1.2，隔离度大于50dB，传输相位差小于1°，插损小于0.08，满足使用需求。通过调整尺寸参数，该简易极化跟踪器可设计为适合Ku发射频段，即14～14.5GHz。

本实用新型中未详细说明部分属本领域技术人员的公知常识。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种简易极化跟踪器，包括正交模耦合器（1），其特征在于：所述正交模耦合器（1）由上到下依次包括上波导结构块（11）、中波导结构块（12）、下波导结构块（13）；所述上波导结构块（11）与所述中波导结构块（12）连接后形成一端开口的第一通道，第一通道内设有第一矩形波导内腔；所述中波导结构块（12）与所述下波导结构块（13）连接后形成两端开口的第二通道，第二通道内设有第二矩形波导内腔及第一方形波导内腔，第二矩形波导内腔与第一方形波导内腔连通，且第一方形波导内腔位于第二矩形波导内腔的末端；所述第一通道的前端端口与所述第二通道的前端端口的截面尺寸相同，所述第一通道与所述第二通道平行，且所述第二矩形波导内腔位于所述第一矩形波导内腔的正下方；

在所述中波导结构块（12）上且靠近所述第一矩形波导内腔末端的底面中心设有一个通孔，所述通孔内设有圆柱形介质块（1205），所述圆柱形介质块（1205）与所述第一通道及所述第二通道垂直，且所述圆柱形介质块（1205）的中心设有第一探针，第一探针为圆柱形金属探针（1204）；进入所述第一矩形波导内腔的电磁波信号经所述圆柱形介质块（1205）及所述圆柱形金属探针（1204）耦合输送至所述第一方形波导内腔的输入端；

在靠近所述第二矩形波导内腔的输入端设有极化扭转结构，所述极化扭转结构包括位所述中波导结构块（12）下端面的第一极化扭转结构、位于所述下波导结构块（13）上端面的第二极化扭转结构，所述第一极化扭转结构包括并列设置的第一极化扭转凹槽（1207）及第一极化扭转凸起（1208）；所述第二极化扭转结构包括并列设置的第二极化扭转凹槽（132）及第二极化扭转凸起（133）；所述第一极化扭转结构与所述第二极化扭转结构沿所述中波导结构块（12）与下波导结构块（13）的连接面的中心线180°旋转对称；所述极化扭转结构用于将输入所述第二矩形波导内腔的电磁波极化旋转90°后输入所述第一方形波导内腔的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：还包括极化选择器（2），所述极化选择器（2）包括方圆过渡（21）、T型基座（25），所述方圆过渡（21）内设有1个输入通道，所述输入通道与所述第一方形波导内腔的输出端连接，所述T型基座（25）内设有一个输出通道，所述输入通道及所述第一方形波导内腔与所述输出通道垂直；

所述极化选择器（2）内还设有介质转子（23），所述介质转子（23）一端设有第二探针（22）；

所述第二探针（22）的另一端位于所述输入通道的圆形波导内腔，且所述介质转子（23）及所述第二探针（22）的中心线与所述圆形波导内腔的中心线重合；所述介质转子（23）的另一端与步进电机（3）连接，所述步进电机（3）带动所述介质转子（23）转动，使所述第二探针（22）进行360°旋转。

3.根据权利要求2所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：所述第一矩形波导内腔包括第一矩形波导凹槽（112）及第二矩形波导凹槽（1202），所述第一矩形波导凹槽（112）设在所述上波导结构块（11）下端面上，所述第二矩形波导凹槽（1202）设在所述中波导结构块（12）上端面上；

所述第二矩形波导内腔包括第三矩形波导凹槽（1206）、所述第一极化扭转结构、第四矩形波导凹槽（131）、所述第二极化扭转结构，所述第三矩形波导凹槽（1206）与第四矩形波导凹槽（131）沿所述中波导结构块（12）与所述下波导结构块（13）的连接面镜像对称；

所述方形波导内腔包括第五矩形波导凹槽（1211）、第六矩形波导凹槽（137），所述第五矩形波导凹槽（1211）及所述第六矩形波导凹槽（137）的高度为宽度的一半；所述第五矩形波导凹槽（1211）设在所述中波导结构块（12）下端面上，所述第六矩形波导凹槽（137）设在所述下波导结构块（13）上端面上，且所述第五矩形波导凹槽（1211）与所述第六矩形波导凹槽（137）沿所述中波导结构块（12）与所述下波导结构块（13）的连接面镜像对称。

4.根据权利要求3所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：所述第一矩形波导内腔及所述第二矩形波导内腔内还设有矩形匹配台阶；

所述第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶包括位于所述上波导结构块（11）下端面的第一矩形匹配台阶（111）、位于所述中波导结构块（12）上端面的第二矩形匹配台阶（1201）；所述第一矩形匹配台阶（111）及所述第二矩形匹配台阶（1201）的最低台阶面位于所述第一矩形波导内腔的前端，所述第一矩形匹配台阶（111）的最高台阶面与所述第一矩形波导凹槽（112）连接且位于同一水平面内；所述第二矩形匹配台阶（1201）的最高台阶面与所述第二矩形波导凹槽（1202）连接且位于同一水平面内，所述第一矩形匹配台阶（111）与所述第二矩形匹配台阶（1201）相同；

所述第一矩形波导内腔内的矩形匹配台阶包括位于所述中波导结构块（12）下端面的第三矩形匹配台阶（1209）、位于所述下波导结构块（13）上端面的第四矩形匹配台阶（134）；所述第三矩形匹配台阶（1209）的最低台阶面与所述第一极化扭转凹槽（1207）共面，所述第三矩形匹配台阶（1209）的最高台阶面与所述第五矩形波导凹槽（1211）连接且位于同一水平面内，所述第四矩形匹配台阶（134）的最低台阶面与所述第二极化扭转凹槽（132）共面，所述第四矩形匹配台阶（134）的最高台阶面与所述第六矩形波导凹槽（137）连接且位于同一水平面内，所述第三矩形匹配台阶（1209）与所述第四矩形匹配台阶（134）沿所述中波导结构块（12）与所述下波导结构块（13）的连接面镜像对称。

5.根据权利要求3所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：所述第二矩形波导内腔的末端还设有过渡匹配台阶，包括位于所述中波导结构块（12）下端面的第一过渡匹配台阶（1210）、位于所述下波导结构块（13）上端面的第二过渡匹配台阶（135）；所述第一过渡匹配台阶（1210）与所述第二过渡匹配台阶（135）沿所述中波导结构块（12）与所述下波导结构块（13）的连接面镜像对称；

所述第一过渡匹配台阶（1210）及第二过渡匹配台阶（135）位于所述第二矩形波导内腔的两侧壁上，且所述第一过渡匹配台阶（1210）及所述第二过渡匹配台阶（135）的最低台阶面与所述第一方形波导内腔的侧壁共面，所述第一过渡匹配台阶（1210）及所述第二过渡匹配台阶（135）的最高台阶面与所述第二矩形波导内腔的侧壁共面。

6.根据权利要求4或5所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：在所述中波导结构块（12）上，且位于所述第一矩形波导内腔的末端中心设有第一调节螺钉（1203），所述第一调节螺钉（1203）与所述第一矩形波导内腔平行；

在所述下波导结构块（13）上，且位于所述第二矩形波导内腔的末端底面位置设有第二调节螺钉（136），所述第二调节螺钉（136）与所述第二矩形波导内腔垂直。

7.根据权利要求1所述的一种简易极化跟踪器，其特征在于：所述圆柱形金属探针（1204）包括同轴设置的第一金属圆柱体及第二金属圆柱体，第一金属圆柱体的直径大于第二金属圆柱体的直径，且第一金属圆柱体位于所述第一矩形波导内腔内，第二金属圆柱体位于所述第二矩形波导内腔内。

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