[发明专利]Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ka频段小型化宽频带的自跟踪天线馈源网络，属于天线技术领域。

背景技术

自跟踪馈源是测控、通信、雷达天伺馈系统的核心部件。自跟踪馈源网络实现方式有多通道与差模两种途径；多通道方式采用多个馈源单元，通过差网络形成差模方向图，多通道差模馈源主要缺点为组成繁杂、体积大(辐射遮挡大)；差模方式则是利用波导的特定高次模，通过耦合器将高次模耦合出来，再通过差网络合成差模方向图，差模方式最大的优点是减少了馈源单元数量，馈源组成简洁。

目前国外用得比较多的多模跟踪主要是TM01模与TE21模。TE21模耦合器是将矩形波导中的TE10模耦合成圆波导中的TE21高次模，继而产生跟踪用的差方向图的器件。TE21模跟踪精度高，耦合器结构紧凑，因而在卫星通信与星载雷达中得到越来越多的应用。

从反射面天线入射的TE11通信信号，通过TE21耦合器的主通道，小损耗地以和信号形式输出。当天线电轴与来波方向重合时，没有误差信号输出；而当天线电轴偏离来波方向时，差波束将接收到信号，喇叭中将激励起TE21高次模。经过主通道的TE21高次模，经耦合孔耦合到差通道，模式转化为矩形波导中的TE10模。TE10模通过后面的合成网络合成一路信号。合成网络可分为线极化网络与圆极化网络。线极化网络对应于4个耦合臂的耦合器，该耦合器只耦合了TE21两个模式中的一个，没有将简并模式耦合出来。圆极化网络对应于8个耦合臂的耦合器，此类耦合器将TE21与其简并模都耦合出来，通过魔T和90°电桥形成圆极化。这种网络既能跟踪线极化来波，又能跟踪圆极化来波，且对于圆极化来波，不存在极化损失，是比较好的方案，但是合成网络相当复杂，特别是在频率较高的情况。为了减少损耗，一般用波导作合成网络，其尺寸比较大，结构也很难布局。

TE21耦合器是自跟踪馈源网络的核心部件，其实质上是一个选模定向耦合器。通过国内外学者大量的研究，Ku及以下频段TE21耦合器的设计理论已经较为成熟，但毫米波段耦合器的设计仍未成熟，并没有现成的方法可以借鉴。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络，实现了馈源网络的小型化设计，不仅简化了馈源网络的组成，减小了整个设备的体积和重量，还减小了网络的造价并节约了馈源成本，拓宽了馈源网络的工作频带。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络，包括四臂圆极化TE21耦合器、圆极化器、第一魔T、第二魔T和90°电桥，其中四臂圆极化TE21耦合器由四个矩形波导和中心圆波导组成，中心圆波导与圆极化器相连接产生TE11双极化和信号，四个矩形波导臂通过波导与第一魔T和第二魔T连接，第一魔T和第二魔T通过波导与90°电桥连接，四个矩形波导臂将TE21的两个极化简并模分别耦合出来，经过第一魔T、第二魔T和90°电桥后形成TE21双极化差信号，所述TE11双极化和信号与所述TE21双极化差信号同时产生，从而实现自跟踪特性。

在上述Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络中，四臂圆极化TE21耦合器中的矩形波导臂分别与第一魔T的两个臂通过波导连接，矩形波导臂下端口输出的极化相同，相位相反的两路差信号从第一魔T的两个臂分别输入，汇合成一路差信号，由第一魔T的E臂输出；四臂圆极化TE21耦合器中的矩形波导臂分别与第二魔T的两个臂通过波导连接，矩形波导臂下端口输出的极化相同，相位相反的两路差信号从第二魔T的两个臂分别输入，汇合成一路差信号，由第二魔T的E臂输出；所述两路差信号从90°电桥的电桥臂上端口输入到90°电桥，90°电桥的上端口接收两路差信号，使两路差信号超前或滞后相位90°，从而形成左旋或右旋的TE21双极化差信号，分别从90°电桥的两个下端口输出。

在上述Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络中，第一魔T与90°电桥连接的波导长度，与第二魔T与90°电桥连接的波导长度相等。

在上述Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络中，四臂圆极化TE21耦合器中的矩形波导臂分别与第一魔T、第二魔T连接的四根波导长度相等。

在上述Ka频段小型化宽频带多模自跟踪馈源网络中，四臂圆极化TE21耦合器中的矩形波导为一组，矩形波导为一组，矩形波导与矩形波导之间的夹角为180°，矩形波导与矩形波导之间的夹角为180°，两组矩形波导之间的夹角为45°。