CN217062529U - 一种可实现双圆极化的波导圆极化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于卫星通信天线技术领域，涉及一种可实现双圆极化的波导圆极化装置，包含第一矩形波导端口、第二矩形波导端口、方波导端口；方波导端口位于方波导腔体端部，方波导腔体底部中间设置有相位变换单元；第一矩形波导端口位于第一矩形波导腔体端部，第一矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块；第二矩形波导端口位于第二矩形波导腔体端部，第二矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块。本实用新型对该装置进行了仿真和测量，并在仿真中消除了高次模的影响，结果表明该波导圆极化装置可实现Ka工作频段左旋和右旋两种圆极化，且性能表现优良；还具有结构简单、易于生产加工、适合批量化生产、产品性能稳定、安装方便及操作简单等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于卫星通信天线技术领域，尤其涉及一种可实现双圆极化的波导圆极化装置。
背景技术
目前，工程领域中卫星通信系统通常采用Ku/Ka双频段卫星通信天线用以实现对卫星通信，其中Ku频段通常使用线极化形式，而Ka频段通常使用圆极化形式。对于圆极化形式而言，根据电场旋转方向的不同又分为左旋圆极化和右旋圆极化。
圆极化波可以看做是由两个正交的、幅度相等相位相差90°的线极化波合成而来，所以波导圆极化装置的实现原理就是改变两个正交的线极化分量中其中一个极化分量的相位，经过一段路程的传播之后，将其中一个极化分量的相位超前90°或滞后90°，从而形成左旋圆极化波或右旋圆极化波。波导圆极化装置的种类很多，比如介质插片式圆极化装置、宽壁交叉槽式圆极化装置，波纹式圆极化装置，通常这类圆极化装置结构复杂，尺寸较大，调试难度较大，且只能产生一种旋向的圆极化波。圆极化工作模式下波导圆极化装置的交叉极化隔离度的优劣主要取决于圆极化器的电压轴比，因而必须控制好两电场分量的相位差。波导圆极化装置的端口匹配特性、交叉极化隔离度、轴比以及相位一致性等，都对其极化性能有着至关重要的影响。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中波导圆极化装置的种类很多，比如介质插片式圆极化装置、宽壁交叉槽式圆极化装置，波纹式圆极化装置，通常这类圆极化装置结构复杂，尺寸较大，调试难度较大，且只能产生一种旋向的圆极化波。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可实现双圆极化的波导圆极化装置。本实用新型结构简单，尺寸紧凑，具有良好的交叉极化隔离度和轴比，易于加工和调试，且能够同时产生左旋和右旋两种旋向的圆极化波，对减小卫星通信系统体积，提高卫星通信系统的整体性能指标有重大帮助。
本实用新型是这样实现的，一种可实现双圆极化的波导圆极化装置，所述可实现双圆极化的波导圆极化装置设置有：
第一矩形波导端口、第二矩形波导端口、方波导端口；
方波导端口位于方波导腔体端部，方波导腔体底部中间设置有相位变换单元；
第一矩形波导端口位于第一矩形波导腔体端部，第一矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块；
第二矩形波导端口位于第二矩形波导腔体端部，第二矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块。
进一步，所述第一矩形波导端口和第二矩形波导端口截面大小相等。
进一步，所述方波导端口截面尺寸为a*a＝10.668mm*10.668mm。
进一步，所述相位变换单元的阶数为6阶，设置于方波导腔体内底部正中间，将方波导腔体等分为二；每一阶的长度分别为L1＝2.1mm，L2＝2.26mm，L3＝1.3mm，L4＝1.3mm，L5＝1.1mm，L6＝0.76mm，每一阶的高度分别为H1＝3.93mm，H2＝1.58mm，H3＝3.29mm，H4＝3.29mm，H5＝3.51mm，H6＝4.46mm。
进一步，所述阻抗匹配模块和阻抗匹配模块结构相同，分别设置于第一矩形波导端口和第二矩形波导端口的腔体内部，阶数为3阶，每一阶的长度分别为M1＝0.45mm，M2＝0.23mm，M3＝0.22mm，每一阶的高度分别为N1＝4.88mm，N2＝5.64mm，N3＝4.57mm。
本实用新型另一目的在于提供一种所述可实现双圆极化的波导圆极化装置在卫星通信中的应用。
结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：
本实用新型设计了一种有效的可实现双圆极化的波导圆极化装置，对该装置进行了仿真和测量，并在仿真中消除了高次模的影响，结果表明该波导圆极化装置可实现Ka工作频段左旋和右旋两种圆极化，且性能表现优良。其驻波≤1.20，端口交叉极化隔离度≥50dB，轴比≤1.5dB，相位差为90°。除此之外，本实用新型还具有结构简单、易于生产加工、适合批量化生产、产品性能稳定、安装方便及操作简单等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的可实现双圆极化的波导圆极化装置结构示意图。
图2是本实用新型实施例提供的波导圆极化装置相位变换单元的参数设置示意图；
图3是本实用新型实施例提供的波导圆极化装置阻抗匹配模块的参数设置示意图；
图4是本实用新型实施例提供的波导圆极化装置的驻波示意图；
图5是本实用新型实施例提供的波导圆极化装置的交叉极化隔离度示意图；
图6是本实用新型实施例提供的波导圆极化装置的轴比示意图；
图中：1、第一矩形波导端口；2、第二矩形波导端口；3、方波导端口；4、阻抗匹配模块；5、阻抗匹配模块；6、相位变换单元。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可实现双圆极化的波导圆极化装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
如图1所示，本实用新型实施例提供的可实现双圆极化的波导圆极化装置包括：第一矩形波导端口1、第二矩形波导端口2、方波导端口3；方波导端口3为公共的方波导端口。
方波导端口3位于方波导腔体端部，方波导腔体底部中间设置有相位变换单元6；第一矩形波导端口1位于第一矩形波导腔体端部，第一矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块4；第二矩形波导端口2位于第二矩形波导腔体端部，第二矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块5。
其中，第一矩形波导端口1和第二矩形波导端口2截面大小相等，采用BJ220标准矩形波导；方波导端口3截面尺寸为a*a＝10.668mm*10.668mm。
具体的，当电磁波从第一矩形波导端口1输入，经过阻抗匹配模块4后，进入方波导腔内，再一分为二，转换成两个正交的TE01模电磁波和TE10模电磁波，两种模式的电磁波经过相位变换单元6后，其中TE10模电磁波的传输常数几乎不变，因而相位保持不变，而对于TE01模电磁波来说，其传输常数随相位变换单元6的长度、高度和阶数的变化而发生改变，通过调整相位变换单元6的长度、高度和阶数，使得TE01模电磁波的相位超前90°，从而在方波导端口3处输出一个左旋圆极化波。
当电磁波从第二矩形波导端口2输入，经过阻抗匹配模块5后，进入方波导腔内，再一分为二，转换成两个正交的TE01模电磁波和TE10模电磁波，两种模式的电磁波经过相位变换单元6后，其中TE10模电磁波的传输常数几乎不变，因而相位保持不变，而对于TE01模电磁波来说，其传输常数随相位变换单元6的长度、高度和阶数的变化而发生改变，通过调整相位变换单元6的长度、高度和阶数，使得TE01模电磁波的相位滞后90°，从而在方波导端口3输出一个右旋圆极化波。
相位变换单元6为LY12材质的隔板台阶，其阶数为6阶，隔板厚度为1mm，设置于方波导腔体内底部正中间，将方波导腔体等分为二。如图2所示，由方波导腔体底部到方波导腔体端部方向上，隔板台阶每一阶的长度依次分别为L1＝2.1mm，L2＝2.26mm，L3＝1.3mm，L4＝1.3mm，L5＝1.1mm，L6＝0.76mm，每一阶的高度分别为H1＝3.93mm，H2＝1.58mm，H3＝3.29mm，H4＝3.29mm，H5＝3.51mm，H6＝4.46mm。通过调节每一个台阶的长度以及高度，使相位角变换满足±90°的变换要求，从而实现左旋或右旋圆极化。
阻抗匹配模块4和阻抗匹配模块5结构相同，为7075材质的渐变式阶梯，阶梯对称设置于矩形波导腔体内部，阶梯厚度为4.318mm，阶数为3阶。阻抗匹配模块4设置于第一矩形波导端口1的腔体内部，阻抗匹配模块5设置于第二矩形波导端口2的腔体内部。如图3所示，由矩形波导端口方向到矩形波导底部方向看，阶梯逐渐变高，每一阶的高度分别为N1＝4.88mm，N2＝5.64mm，N3＝4.57mm，每一阶的长度分别为M1＝0.45mm，M2＝0.23mm，M3＝0.22mm。通过调节每一个阶梯的长度以及高度，使所设计的波导圆极化装置的阻抗匹配特性满足要求。
下面结合仿真实验对本实用新型的技术方案作详细的描述。
如图4所示为本实用新型波导圆极化装置在Ka工作频率范围内的驻波比，可以看出，在工作频率19.6GHz～21.2GHz范围内，其驻波比≤1.20，具有良好的阻抗特性。
如图5所示为本实用新型波导圆极化装置的交叉极化隔离度，可以看出在工作频率19.6GHz～21.2GHz范围内，其端口交叉极化隔离度≥50dB，具有良好的隔离特性。
如图6所示为本实用新型波导圆极化装置的轴比，可以看出在工作频率19.6GHz～21.2GHz范围内，其轴比≤1.5dB，具有良好的圆极化特性。
同时，本实用新型还具有体积小、易加工、易测量调试、易配合其他器件组装的优点，可以进一步优化天线的馈电网络。
本实用新型的工作原理为：当电磁波从第一矩形波导端口1输入，经过阻抗匹配模块4后，进入方波导腔内，再一分为二，转换成两个正交的TE01模电磁波和TE10模电磁波，两种模式的电磁波经过相位变换单元6后，其中TE10模电磁波的传输常数几乎不变，因而相位保持不变，而对于TE01模电磁波来说，其传输常数随相位变换单元6的长度、高度和阶数的变化而发生改变，通过调整相位变换单元6的长度、高度和阶数，使得TE01模电磁波的相位超前90°，从而在方波导端口3处输出一个左旋圆极化波。
当电磁波从第二矩形波导端口2输入，经过阻抗匹配模块5后，进入方波导腔内，再一分为二，转换成两个正交的TE01模电磁波和TE10模电磁波，两种模式的电磁波经过相位变换单元6后，其中TE10模电磁波的传输常数几乎不变，因而相位保持不变，而对于TE01模电磁波来说，其传输常数随相位变换单元6的长度、高度和阶数的变化而发生改变，通过调整相位变换单元6的长度、高度和阶数，使得TE01模电磁波的相位滞后90°，从而在方波导端口3输出一个右旋圆极化波。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可实现双圆极化的波导圆极化装置，其特征在于，所述可实现双圆极化的波导圆极化装置设置有：
第一矩形波导端口、第二矩形波导端口、方波导端口；
方波导端口位于方波导腔体端部，方波导腔体底部中间设置有相位变换单元；
第一矩形波导端口位于第一矩形波导腔体端部，第一矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块；
第二矩形波导端口位于第二矩形波导腔体端部，第二矩形波导腔体内部设置有阻抗匹配模块。
2.如权利要求1所述可实现双圆极化的波导圆极化装置，其特征在于，所述第一矩形波导端口和第二矩形波导端口截面大小相等。
3.如权利要求1所述可实现双圆极化的波导圆极化装置，其特征在于，所述方波导端口截面尺寸为a*a＝10.668mm*10.668mm。
4.如权利要求1所述可实现双圆极化的波导圆极化装置，其特征在于，所述相位变换单元的阶数为6阶，设置于方波导腔体内底部正中间，将方波导腔体等分为二；每一阶的长度分别为L1＝2.1mm，L2＝2.26mm，L3＝1.3mm，L4＝1.3mm，L5＝1.1mm，L6＝0.76mm，每一阶的高度分别为H1＝3.93mm，H2＝1.58mm，H3＝3.29mm，H4＝3.29mm，H5＝3.51mm，H6＝4.46mm。
5.如权利要求1所述可实现双圆极化的波导圆极化装置，其特征在于，所述阻抗匹配模块和阻抗匹配模块结构相同，分别设置于第一矩形波导端口和第二矩形波导端口的腔体内部，阶数为3阶，每一阶的长度分别为M1＝0.45mm，M2＝0.23mm，M3＝0.22mm，每一阶的高度分别为N1＝4.88mm，N2＝5.64mm，N3＝4.57mm。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115332817A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-11 | 电子科技大学 | 一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器 |
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- 2022-01-25 CN CN202220192254.8U patent/CN217062529U/zh active Active
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Denomination of utility model: A waveguide circular polarization device capable of achieving dual circular polarization Effective date of registration: 20231228 Granted publication date: 20220726 Pledgee: Bank of China Limited Xi'an Chang'an District Branch Pledgor: XI'AN CLARK COMMUNICATION TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023610000780 |