CN102394382A - 一种紧凑型超宽带圆极化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体公开了一种紧凑型超宽带圆极化器，包括圆波导端口、过渡倒角方波导和超宽带移相器，圆波导端口通过过渡倒角方波导连接超宽带移相器；其中，圆波导端口位于两端，一端为输入圆波导端口，另一端为输出圆波导端口；过渡倒角方波导是四条棱线倒圆角的方波导；超宽带移相器是侧壁上设置有水平脊和垂直脊的方波导，水平脊沿方波导的轴线方向对称地分布在方波导两个相对的侧壁的上；本发明采用简单、紧凑的结构，巧妙实现了两个方向场矢量的线圆极化转换，满足了圆极化器正交两个场分量的幅度和相位的技术指标，具有结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、易加工、易调谐、效率高、功率容量大等优点。

Description

一种紧凑型超宽带圆极化器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种紧凑型超宽带圆极化器。

背景技术

一般自跟踪系统的收发天线均采用圆极化辐射方式，圆极化器是决定天线圆极化性能的主要部件。波导圆极化是新型的圆极化器，它具有良好的圆极化性能和紧凑的结构，而且便于直接和圆波导波纹喇叭馈源进行对接，不需要另加过渡段，从而简便地实现天线的圆极化辐射。在通信、雷达、制导、遥测、遥感、天文及电视广播等方面有着非常广阔的应用前景。为了达到对目标的稳定跟踪，要求天线具有很好的圆极化轴比。因此，研制一种全向圆极化紧凑型超宽带圆极化器具有重要的现实意义。

目前，实现波导圆极化器的方式有介质隔片式圆极化器和波纹波导式圆极化器等方案。

介质隔片式圆极化器方案一般是通过在波导中加入介质隔片，隔片对与其平行和垂直的两个方向的电场分量有着90°的相移，从而实现线极化到圆极化的转换，存在介质损耗大、介质隔片不易固定、环境适应性差等缺点。

波纹波导方案一般方波导对称的两个壁上加工若干结构对称的金属波纹，从而实现对两个正交极化分量的90°的相移。此天线的圆极化特性取决于波纹尺寸加工的精度，其不足之处是波纹波导内的波纹结构一般高度很小，要求的加工精度高、且不易调谐。

发明内容

本发明为解决一般圆极化器结构复杂、加工精度要求高且不易调节等问题，本发明提供了一种紧凑型宽带波导圆极化器，可实现良好的圆极化技术指标，并可直接与圆波导输入口的波纹喇叭馈源连接。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现：

一种紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：包括圆波导端口、过渡倒角方波导和超宽带移相器，圆波导端口通过过渡倒角方波导连接超宽带移相器，超宽带移相器是方波导；其中，圆波导端口位于两端，一端为输入圆波导端口，另一端为输出圆波导端口；过渡倒角方波导是四条棱线倒圆角的方波导，并与作为超宽带移相器的方波导直接相连；作为超宽带移相器的方波导的侧壁上设置有两个水平脊和两个垂直脊，两个水平脊分别分布在沿方波导轴线方向的两个相对的对称侧壁上，两个垂直脊分别分布在沿方波导轴线方向的另外两个相对的对称侧壁上。

不同尺寸的水平脊和垂直脊可以使等幅同相的电场水平分量和垂直分量形成90°±4°的相位差，并保证幅度不变，同时，在波导中加入脊片有效地降低了波导的TE₁₀模的截止频率，而对波导中传输的高次模的截止频率几乎没有影响，这就大大地展宽了天线的工作频带。

所述水平脊沿方波导的轴线方向安装于方波导的两个对称侧壁的中心上，水平脊包括与方波导的侧壁相接触的矩形槽，所述矩形齿在方波导的侧壁上有与矩形槽对应的矩形齿，该矩形槽可以展宽工作频带，同时对产生90°±4°的相位差做出贡献，矩形槽可使两个正交的电场分量相位差变化平缓，使两个工作频段内的相位差均在要求的90°±4°范围内；沿矩形齿和矩形槽相结合的两端设置有对称的向方波导的侧壁表面呈阶梯状递变的渐变段，所述渐变段用于匹配超宽频带阻抗。

进一步地，水平脊上均设置有7个矩形槽，作为超宽带移相器的方波导的两个侧壁上均设置有与矩形槽对应的7个矩形齿，所述矩形槽是宽度和深度相同的矩形槽。

所述垂直脊沿方波导的轴线方向安装于方波导的另外两个对称侧壁的中心上，垂直脊的最低端嵌入方波导的侧壁内，并且为平面，所述最低端的平面的两端向方波导的侧壁表面呈阶梯状递变，过渡段为渐变段，用于匹配宽频带阻抗。

所述水平脊和垂直脊均是金属脊片。

进一步地，所述圆波导端口可根据与其相连的圆波导口径进行调节，其方法是调节所述倒角方波导的内径以及四个棱线的倒角半径。

本发明的有益效果如下：

本发明采用“四脊波导与紧凑型方圆过渡相结合”的新型方案，用简单、紧凑的结构，巧妙实现了波导中两个正交极化的分量幅度相等、相位相差90°的传输，完成了线圆极化的转换，方便调节，可直接与圆波导输入口的波纹喇叭馈源连接；具有设计周期短、结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、易加工、效率高、功率容量大等优点。

附图说明

图1 是本发明的沿垂直于方波导一侧壁方向的结构示意图

图2是图1中方波导从上至下方向的结构示意图

图3是本发明的一具体实施例的驻波测试结果

图4是本发明的一具体实施K频段轴比测试结果

图5是本发明的一具体实施Ka频段轴比测试结果

其中，附图标记为：1圆波导端口，2过渡倒角方波导，3水平脊，4垂直脊，5方波导，6水平脊的渐变段，7垂直脊的渐变段，8为连接法兰。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述，但是本发明的实施方法和要求保护的范围并不局限于此。

如图1-2所示，一种紧凑型超宽带圆极化器，包括圆波导端口1、过渡倒角方波导2和超宽带移相器，圆波导端口1通过过渡倒角方波导2连接超宽带移相器，超宽带移相器是方波导5；其中，圆波导端口1位于两端，一端为输入圆波导端口1，另一端为输出圆波导端口1；过渡倒角方波导2由方波导的四条棱线倒圆角形成，并与作为超宽带移相器的方波导5直接相连；作为超宽带移相器的方波导5的侧壁上设置有两个水平脊3和两个垂直脊4，两个水平脊3分别分布在沿方波导5轴线方向的两个相对的对称侧壁上，两个垂直脊4分别分布在沿方波导5轴线方向的另外两个相对的对称侧壁上。

所述两个水平脊3分别沿方波导5的轴线方向安装于方波导5的两个对称侧壁的中心上，水平脊3包括与方波导5的侧壁相接触的矩形槽，所述方波导5的侧壁上有与矩形槽对应的矩形齿；沿矩形齿和矩形槽相结合的两端设置有对称的向方波导5的侧壁表面呈阶梯状递变的渐变段6，所述渐变段6用于匹配超宽频带阻抗。

进一步地，所述水平脊3上均设置有7个矩形槽，因此方波导5的两个侧壁上设置有与矩形槽对应的7个矩形齿，所述矩形槽是宽度和深度相同的矩形槽。

所述两个垂直脊4分别沿方波导5的轴线方向安装于方波导5的另外两个对称侧壁的中心上，垂直脊4的最低端嵌入方波导5的侧壁内，并且为平面，所述最低端的平面的两端向方波导5的侧壁表面阶梯状递变，过渡段为渐变段7，用于匹配宽频带阻抗。

所述水平脊3和垂直脊4均是金属脊片。

进一步地，所述圆波导端口1可根据与其相连的圆波导口径进行调节，其方法是调节所述倒角方波导的内径以及四个棱线的倒角半径，以实现宽频带内方波导5和圆波导的过渡，并可适用于不同的波纹喇叭或者输入波导。

所述过渡倒角方波导2的口径一般为0.93λ×0.93λ（λ为工作频段的中心频率对应的波长），倒角半径一般为0.24λ；所述方波导5的口径一般为0.9λ×0.9λ（λ为工作频段的中心频率对应的波长）；所述水平脊3的厚度一般为0.214λ，长度一般为3.2λ，高度一般为0.12λ，其上所开的7个槽的尺寸为宽度为0.07λ，深度一般为0.093λ，所述渐变段6长度方向一般等间距排列，每段长约0.215λ，高度方向分四个台阶均匀分布，每级高度约为0.053λ；所述垂直脊4的厚度一般为0.137λ，长度一般比水平脊3稍长，约为3.4λ，高度一般为0.073λ，所述渐变段7的长度方向一般分三段等间距排列，每段长约0.215λ，高度方向亦分三个台阶均匀分布，每级高度约为0.024λ。

对其辐射特性进行了验证，具体如下：

a)      驻波小于1.2的带宽有56.1%，在工作频带内驻波小于1.3，如图3所示；

b)      实测的K频段轴比小于1.2，如图4所示；

c)      实测的Ka段轴比小于0.7，如图5所示。

最后说明的是：上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：包括圆波导端口（1）、过渡倒角方波导（2）和超宽带移相器，圆波导端口（1）通过过渡倒角方波导（2）连接超宽带移相器，超宽带移相器是方波导（5）；其中，圆波导端口（1）位于两端，一端为输入圆波导端口（1），另一端为输出圆波导端口（1）；过渡倒角方波导（2）是四条棱线倒圆角的方波导，并与作为超宽带移相器的方波导（5）直接相连；作为超宽带移相器的方波导（5）的侧壁上分别设置有两个水平脊（3）和两个垂直脊（4），水平脊（3）分布在沿方波导（5）轴线方向的两个相对的对称侧壁上，垂直脊（4）分布在沿方波导（5）轴线方向的另外两个相对的对称侧壁上。

2.根据权利要求1所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述两个水平脊（3）分别位于对称侧壁的中心上，水平脊（3）包括与方波导（5）的侧壁相接触的矩形槽，所述矩形齿在方波导（5）的侧壁上有与矩形槽对应的矩形齿；沿矩形齿和矩形槽相结合的两端设置有对称的向方波导（5）的侧壁表面呈阶梯状递变的渐变段（6），所述渐变段（6）用于匹配超宽频带阻抗。

3.根据权利要求2所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述水平脊（3）上均设置有7个矩形槽，方波导（5）的两个侧壁上均设置有与矩形槽对应的7个矩形齿。

4.根据权利要求3所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述矩形槽是宽度和深度相同的矩形槽。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述水平脊（3）为金属脊片。

6.根据权利要求5任意一项所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述两个垂直脊（4）分别位于另外两个对称侧壁的中心上，垂直脊（4）的最低端嵌入方波导（5）的侧壁内，并且为平面，所述最低端的平面的两端向方波导（5）的侧壁表面呈阶梯状递变，过渡段为渐变段（7），用于匹配宽频带阻抗。

7.根据权利要求6所述的紧凑型超宽带圆极化器，其特征在于：所述垂直脊（4）是金属脊片。

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