[发明专利]一种同轴波导宽带正交模耦合装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合装置，具体涉及一种同轴波导宽带正交模耦合装置，属于无线通信领域。

背景技术

收发共用馈源天线由于成本、结构上的优势被广泛地应用于卫星通信领域，它被要求工作在分离频段，同时要求实现较高的极化隔离度。随着卫星通信技术的发展，多频段一体化馈源天线被希望实现，以利用一个卫星通信天线终端完成多频段信号收发功能。该设计的难点在于如何同时实现多频段范围内理想的阻抗特性和辐射特性。一种新颖的可同时工作在K/Ka/Q三个频段范围内的卫星通信馈源天线利用一个与喇叭天线相连接的同轴波导结构实现了K频段与Ka/Q频段信号的分离，再利用传统的正交模耦合装置完成Ka与Q频段信号的分离。其中，K频段信号在同轴波导内、外导体间传输，Ka/Q频段信号在同轴波导空心内导体中传输。以该结构为基础，为设计可完全覆盖Ku/Ka上、下行频段的馈源天线(Ku上行：14-14.5GHz，Ku下行：12.25-12.75GHz，Ka上行：29.6-31.2GHz，Ka下行：19.4-21GHz)，通过结构优化，可以实现同轴波导内、外导体间电磁波传输的宽带特性，即完全覆盖Ku频段(12.25-14.5GHz)。然而，对于通用的Ku频段线极化工作模式，如果利用传统的同轴波导正交模耦合装置来分离正交极化信号，需要在天线的两个Ku频段输出端口后分别连接旋转关节，这会给系统的结构设计带来极大的困难，成本也较高。

发明内容

本发明为解决现有的同轴波导正交模耦合装置设计不足的问题，进而提出一种同轴波导宽带正交模耦合装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括公共波导、金属圆锥体、十字转门连接器、两个功率合成器、两个阻抗匹配器和两个标准矩形波导，公共波导的下端通过金属圆锥体与十字转门连接器的上表面连接，且公共波导内的短路面与金属圆锥体连接，十字转门连接器的第一支臂、第三支臂与功率合成器连接，每个功率合成器分别通过一个阻抗匹配器与一个标准矩形波导连接，十字转门连接器的第二支臂、第四支臂与一个功率合成器连接，每个功率合成器分别通过一个阻抗匹配器与一个标准矩形波导连接。

本发明的有益效果是：本发明通过采用十字转门连接器对称结构大大减弱了公共波导内高次模的激励，显著地展宽了耦合器的工作带宽，成功解决了基于同轴结构的卫星通信馈源天线在实现低频段同轴波导内正交宽带信号隔离的问题。经过优化设计得到的同轴波导宽带正交模耦合器性能如下：在12.25-14.5GHz频率范围内，电压驻波比<1.06，极化隔离度>65dB；在GHz频率范围内，电压驻波比<1.25，极化隔离度>65dB。本发明实现方式简单，加工成本低，可广泛应用于各种频段，具有较高的性价比。本发明克服了现有的同轴波导正交模耦合器设计的不足，提出了一种基于十字转门连接器的同轴波导宽带正交模耦合器结构，可以在宽频带内实现优异的阻抗特性和端口隔离度，成功地解决了基于同轴波导结构的多频段卫星通信馈源天线中低频段范围内(覆盖上行、下行频段)正交信号隔离的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是公共波导的主视图，图3是本发明在12-18GHz内标准矩形波导端口的电压驻波比曲线的示意图，图4是本发明在12-18GHz内两个标准矩形波导端口的极化隔离度曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1之图4说明本实施方式，本实施方式所述一种同轴波导宽带正交模耦合装置包括公共波导1、金属圆锥体2、十字转门连接器3、两个功率合成器4、两个阻抗匹配器5和两个标准矩形波导6，公共波导1的下端通过金属圆锥体2与十字转门连接器3的上表面连接，且公共波导1内的短路面与金属圆锥体2连接，十字转门连接器3的第一支臂3-1、第三支臂3-3与功率合成器4连接，每个功率合成器4分别通过一个阻抗匹配器5与一个标准矩形波导6连接，十字转门连接器3的第二支臂3-2、第四支臂3-4与一个功率合成器4连接，每个功率合成器4分别通过一个阻抗匹配器5与一个标准矩形波导6连接。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种同轴波导宽带正交模耦合装置的公共波导1的下部均布设有四个矩形耦合窗口8。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种同轴波导宽带正交模耦合装置的十字转门连接器3的第一支臂3-1、第二支臂3-2、第三支臂3-3、第四支臂3-4中弯波导均为E面弯波导。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

本发明的同轴波导宽带正交模耦合器，包括公共波导、十字转门连接器、功率合成器、阻抗匹配器及标准矩形波导，其中功率合成器通过十字转门连接器与公共波导相连接，公共波导为同轴波导，作为收发信号共用通道，十字转门连接器为两对对称弯波导，分别连接公共波导的两个正交极化传输通道，十字转门连接器的两对耦合双臂分别和两个功率合成器连接，进而连接与其对应的阻抗匹配器和标准矩形波导。公共波导内的金属圆锥体作为匹配元件，与公共波导的短路面相连接。公共波导上下左右均开有对称的矩形耦合窗口，分别与十字转门连接器的四臂连接。