[发明专利]一种宽带四脊波导圆极化器

说明书

本发明公开了一种宽带四脊波导圆极化器，属于卫星通信技术领域。其包括方波导腔、两个垂直脊和两个水平脊，两个垂直脊分别设置在两个相对的波导壁上，两个水平脊分别设置在另外两个波导壁上。本发明利用四脊波导的宽带特性，使两对正交脊的高度和宽度的各不相同，以改变两个正交极化波的传播常数，根据圆极化器的原理，当等幅同相的两个极化波通过圆极化器后，两个极化波的幅度相等，相位差为90°，形成圆极化。同时，脊上没有加载移相单元，没有齿槽结构，克服了现有圆极化器无法用于1mm波段的缺点，具有在L波段至W波段均能够应用、工作频带宽、电性能优良、结构简单、免调试、可靠性高、适合批量生产的特点。

技术领域

本发明公开了一种宽带四脊波导圆极化器，它涉及卫星通信和射电天文天线领域，适用于卫星通信和射电天文天线的馈电网络系统。

背景技术

在卫星通信、射电天文等领域，圆极化天线得到了广泛的应用。圆极化器用来将线极化信号转化为圆极化信号，是圆极化天线中的重要部件。随着卫星通信技术和下一代射电天文望远镜技术的发展，宽频带工作的需求越来越迫切。因此，宽频带圆极化器技术是宽带圆极化反射面天线馈源的关键技术之一。

圆极化器是决定天线圆极化性能的主要部件，波导圆极化器在圆极化反射面天线馈源系统中被广泛采用。常用的波导圆极化器型式有螺钉调节型、介质插片型、波纹型、隔板型和脊波导型等。圆波导螺钉极化器是在圆波导管壁内对称插入两排螺钉，螺钉圆极化器的成本低、形式简单、插入损耗小、但调试工作量大，带宽在15%以内。介质插片型极化器是在圆波导内插入介质片，介质插片极化器调试简单，但介质损耗较大，带宽在25%以内。波纹型圆极化器是在圆波导或方波导内加载金属膜片作为移相单元，相对带宽可达到35%，难点主要是对波纹的加工精度和对称度要求高，需要增加调试螺钉微调相位。

申请号为201110198487.5的中国专利公开了一种紧凑型超宽带圆极化器，从该专利的附图中可以看出，其水平脊片上具有齿槽结构。该圆极化器只能采用拼接的方法加工，其精度受拼装影响大，并且齿槽结构的微小尺寸具有无法加工的缺点，因而难以应用于1mm的毫米波段。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种宽带四脊波导圆极化器，其结构简单，免调试，可用于L至W波段，相对工作带宽能够达到46%，可以满足卫星通信、射电天文和宽带侦察接收等天线宽频带的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种宽带四脊波导圆极化器，包括方波导腔，所述方波导腔内设有两个形状相同的彼此正对的垂直脊以及两个形状相同的彼此正对的水平脊，垂直脊的两端和水平脊的两端均具有用于阻抗匹配的阶梯过渡结构；所述垂直脊的厚度大于所述水平脊的厚度，所述垂直脊的长度小于所述水平脊的长度，两垂直脊之间以及两水平脊之间均相对于方波导腔的中心呈中心对称，垂直脊和水平脊的脊片表面均光滑平整。

可选的，所述垂直脊与所述水平脊的长度之比为0.6～0.65:1，所述垂直脊的长度大于中心频率自由空间波长的3倍。

可选的，所述垂直脊的厚度与所述水平脊的厚度之比为1.2～1.25:1，垂直脊和水平脊的厚度均大于中心频率自由空间波长的0.1倍。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明中两对正交脊的高度和厚度均不相同，由此构成的四脊波导可以改变两个正交极化波的传播常数，通过优化脊的长度和厚度，可以使两个极化的相位差为90°，同时幅度相等，从而实现圆极化。

2、本发明的带宽超过目前大多数圆极化器带宽，并且结构简单，脊片本身没有精细的齿槽结构，整个圆极化器能够一体加工成型，适合批量生产。