[发明专利]一种Ku频段大功率低PIM宽带极化频率双工馈电组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种双线极化收发共用天线馈源，特别是涉及一种Ku频段大功率(公共端口合成功率达1840W)低PIM(要求在馈电组件与转发器输入端连接的端口处，高低温情况下的7阶PIM产物小于-193dBc)宽带极化频率双工馈电组件，属于新型星载天线馈源系统技术领域。

背景技术

卫星有效载荷天线分系统可以使实现电磁信号的接收和发射功能，传统的天线分系统设计采用天线收发分开方案，即一副接收天线和一副发射天线，这种方案的技术难度较小，馈源组件技术易于实现，无需考虑宽频带匹配问题，在使用频率范围内可以获得较高的性能。但其弊端也很明显，两副天线的体积和质量会使结构布局设计付出很高代价，增加卫星平台的承载压力。

单天线、双馈源方案是天线收发分开方案的改进形式，这种方案采用一套反射器和两套馈源(接收馈源、发射馈源)，馈源组件仍然考虑窄带使用要求，技术较简单，并将结构布局的压力转移至放射器，但是这会增加反射器赋形难度，并且如果两个馈源不在最优位置，会牺牲天线整体性能。

新一代通信卫星的发展对有效载荷系统提出了更加严格要求，比如充分利用有限的频率资源、系统信道数量和信道功率容量不断增加，抗PIM能力不断提升等等，特别是在Ku频段，通常要求单幅天线收发共用，这无疑增加了系统的无源互调(PIM)风险，需要严格控制系统的线性程度，并且为了提高频率资源利用率，双线极化模式也被更多的利用。

双线极化收发共用天线馈源组件中的设计难点是正交模耦合器组件，每一种极化信号的传输都涵盖接收和发射频段，因此信号的宽带匹配、高次模抑制以及端口隔离度都是需要重点考虑的问题，现有的一般采用对称四臂耦合正交模耦合器，虽然对称四臂耦合正交模耦合器可以在很宽的频带范围内实现较优的性能，但是其结构复杂，不适用于结构布局紧凑的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种解决了Ku频段天线系统频率复用和极化复用这两个传统技术难题的紧凑型宽带极化频率双工馈电组件，同时进一步满足了有效载荷系统所要求的高功率耐受能力和低PIM的严格要求。

本发明的技术解决方案是：一种Ku频段大功率低PIM宽带极化频率双工馈电组件，由对称双臂正交模耦合器和两个频率双工器组成，所述对称双臂正交模耦合器包括内部结构和外壳，所述内部结构包括公共方波导、对称双臂耦合通路和纵向直通路，形成公共端口、对称双臂合成端口和纵向直通端口，所述公共方波导的两个侧面对称开辟两个同尺寸的矩形耦合窗口，矩形耦合窗口长边中线与公共方波导侧面中线重合，两个矩形耦合窗口分别连接对称双臂耦合通路的两个对称双臂的一支，矩形耦合窗口与对称双臂的夹角为45°，在矩形耦合窗口的短边中点处插入与矩形耦合窗口长边平行且等长的感性柱，在公共方波导内居中插入与两侧矩形耦合窗口垂直连接的赋形膜片，赋形膜片的厚度方向与矩形耦合窗口长边平行，所述赋形膜片上部的线形截取自指数函数曲线的一段，两侧线形对称一致，下部为矩形，矩形的宽度与公共方波导的边长一致，上部指数函数曲线与下部矩形的交点落在两侧矩形耦合窗口的远离公共端口的长边上，公共方波导连接方矩过渡段和E面90°弯波导形成纵向直通端口，对称双臂耦合通路连接插入三角形膜片的Y型接头形成对称双臂合成端口，纵向直通端口和对称双臂合成端口各连接一个频率双工器。

所述的频率双工器由T型接头和两个通道滤波器即发射通道滤波器和接收通道滤波器组成，发射通道滤波器和接收通道滤波器采用H面膜片形式，T型接头的对称水平端两侧分别通过一段直波导连接发射通道滤波器和接收通道滤波器，T型接头的垂直端形成公共端口，在T型接头的公共端口处有一对对称分布的H面膜片，在T型接头的水平端中心靠近接收通道滤波器的一侧有一调谐齿。

所述的对称双臂正交模耦合器从与侧壁矩形耦合窗口垂直的方向剖分为两部分，下部含完整的赋形膜片和纵向直通端口，上部的外壳上端面中部位置有与对称双臂耦合通路形成的平面垂直的散热片，两部分的内部结构为整体成型。

所述的频率双工器从滤波器的宽边对称剖分，上半含公共端口，下半的外壳一侧有与滤波器窄边平行的散热片，两半的内部膜片采用一体化加工。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用对称双臂正交模耦合器和两个频率双工器连接的结构完成信号的极化双工和频率双工，解决了Ku频段天线系统极化复用和频率复用这两个传统技术难题；

(2)本发明的对称双臂正交模耦合器，采用特殊的赋形曲线膜片和感性柱，使本发明实现宽带匹配、避免非对称性高次模，又具有紧凑的结构形式；