[发明专利]基于双脊台阶结构的鳍线型正交模耦合器

说明书

本发明公开了一种基于双脊台阶结构的鳍线型正交模耦合器，旨在保证鳍线型正交模耦合器相对工作带宽的同时，减小其器件尺寸并提高其工作频带内的回波损耗特性。整体结构包括水平波导和垂直波导构成的三端口T型波导结构，以及在该波导结构的T型腔体内并排固定的金属脊片和阻抗吸收片；所述水平波导由水平方波导段、水平阶梯波导段和水平矩形波导段依次级联而成；所述垂直波导由垂直阶梯波导段和垂直矩形波导段上下级联而成；所述金属脊片由水平金属脊片和垂直金属脊片两部分组成，该两部分金属脊片上设置有相互贯通的台阶状缝隙，用于耦合水平方波导段中的垂直极化电磁波进入垂直波导，并实现小型化。

技术领域

本发明属于天线馈电结构中的耦合器技术领域，涉及一种鳍线型正交模耦合器，具体涉及一种基于双脊台阶结构的鳍线型正交模耦合器，可用于通信、遥感和射电天文等领域所需的宽带接收机系统。

背景技术

在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，实现这一功能的元件称被称为耦合器。正交模耦合器(OMT，Ortho-Mode Transducer)广泛应用于双极化天线馈电网络，天线双极化的形成正是依赖于正交模耦合器，其性能优劣直接影响整个系统的通信质量。OMT一般只表现为三个物理端口，在电气上是四端口器件，其中公共端口同时支持两个正交模式的传输，而其他两个端口则分别支持正交模式中的一个进行传输，且端口之间具有极高的极化鉴别度。OMT可以实现相同频段内正交模式的分离或组合，使得两个极化通道在同频段内同时工作，从而增加通信系统的通信容量。

常用的OMT分为微带形式和波导形式，其中波导形式主要有四脊型、非对称T型、十字转门型、隔板-分支合成型、双脊过渡-分支合成型、鳍线型等。其中四脊型OMT采用四脊渐变段结构，该结构虽然具有超宽的工作频带，但是其工作频带内的回波损耗特性一般只能保证大于10dB，因而不被要求较高的系统所采用；非对称T型OMT采用的是T型波导腔结构，具有加工装配简单的优点，但是由于其工作频带较窄，故不被宽带系统所采用；十字转门型OMT采用主腔体四路正交等分结构，之后对称的两路组合输出一个极化；隔板-分支合成型OMT可以看做是十字转门型OMT的变形，将其中两路通道改为用金属隔片分开后进行合并输出的形式，并在极化正交的两路分支口处加入金属柱提高隔离度；而双脊过渡-分支合成型OMT则是隔板-分支合成型OMT的改进形式，采用渐变双脊结构代替金属隔片以及金属柱实现各极化的能量等分。十字转门型、隔板-分支合成型和双脊过渡-分支合成型OMT均具有超宽带工作特性，一般能达到40％以上的相对工作带宽，且带内回波损耗通常能保证大于20dB，同时还具有两单模端口间隔离度高、器件插入损耗小的优点，因此该三种OMT目前已被广泛应用于各领域的宽带微波接收机系统，而它们缺点主要表现为器件结构复杂，通常需要分成3到4块实体进行加工，因而加工、装配误差较大；鳍线型OMT在非对称T型OMT拓扑结构的基础上加入开缝金属脊片形成双脊波导结构，并采用阻抗吸收片吸收渐变双脊产生的高次模能量，其具有超宽带工作、结构简单、隔离度高的优点。鳍线型OMT的缺点主要表现为两方面，首先由于其带内回波损耗特性一般与双脊过渡段的长度有关，而为了达到工作频带内不小于15dB的回波损耗特性，会使得整体的器件尺寸较大；其次由于其中加入了阻抗吸收片，使得器件的插入损耗变大。因此，在上世纪末鳍线型OMT在微波领域几乎已经被十字转门型OMT、隔板-分支合成型OMT、双脊过渡-分支合成型OMT等形式所替代。