[发明专利]正交模转换器

说明书

一种正交模转换器，包括：第一Boifot结；第二Boifot结，第一Boifot结和第二Boifot结中的每一者包括双极化端口、第一侧向端口、第二侧向端口以及沿着信号在双极化端口中传播的方向的第三单极化端口，第一侧向端口和第二侧向端口是单极化的；第一功率分配器，第一功率分配器用于将第一Boifot结的第一侧向端口与第二Boifot结的第一侧向端口联接至第三端口；第二功率分配器，第二功率分配器用于将所述第一Boifot结的第二侧向端口与第二Boifot结的第二侧向端口联接至第三端口；第三功率分配器，第三功率分配器用于将第一功率分配器的第三端口与第二功率分配器的第三端口联接至第四单极化端口。

技术领域

本发明涉及正交模转换器、特别地涉及具有波束成型能力的正交模转换器以及包括这种转换器的天线阵列。

背景技术

经极化的辐射元件(比如喇叭天线或波导孔)的阵列已被认为是抛物面天线的轻巧、体积小的替代品。它们被广泛用于卫星电信、雷达、遥感或其他电信应用中。信号通常通过波导或同轴电缆、微带线或PCB传播至天线阵列中的每个元件。

例如，在卫星电信应用中，可以通过使用不同的信号极化或频率使信号彼此分开或隔绝。作为示例，电磁波导的两个正交线性极化可以用来在例如Ku和/或Ka频段无线电频段中的那些信号之间提供隔绝。因此，正交模转换器(OMT)是此类系统中最重要的部件之一，因为它们能够通过正交极化来实现信号在空间上的分离。在诸如基于波导的双极化天线阵列的示例中，正交模转换器是特别有用的。

常规的正交模转换器可以包括作为极化滤波器或分隔元件的Boifot结。在下述中描述了Boifot结：电气工程师学会(THE INSTITUTION OF ELECTRICAL ENGINEERS)，斯蒂夫尼奇，英国，2008年7月(2008-07)，RUIZ-CRUZ JA ET AL：“Boifot结正交模转换器的全波建模和优化”(Full-wave modeling and optimization of Boifot junction ortho-modetransducers)，国际射频与微波计算机辅助工程杂志，John WileySons公司，美国，卷18，第4号，第303至313页，ISSN：096-4290。

图1的分解图示出了常规的Boifot结的示例。

所示的Boifot结是一个四端口元件，其中，端口1传播两种正交极化(TE10-Vpol、TE01-Hpol)。金属隔板逐渐将TE01模分成为朝向端口3和4(侧向端口)的两个半部，而TE10模则不受影响地朝端口2(直通端口)传播。三个端口2、3、4仅传播一种极化。

如果在天线和发射器/接收器之间的传输通道中使用Boifot结，则双极化端口1通常是天线侧上的输入端口，而三个单极化端口2、3、4是发射器/接收器侧上的输出端口。

在三个单极化端口中，它们中的一者2沿传播方向放置，其较宽的边在图上的水平上对准，并且与双极化端口1相反。另外两个单个端口3、4的较宽的边在竖向上对准并放置成垂直于传播方向。这些较后的端口3、4被称为侧向端口。

内部障碍物或隔板5用作极化滤波器。当两个正交极化通过输入端口1传播时，隔板会会阻碍具有水平对准电场(TE01)的极化穿过结。模被分为两个相同的半部，其被再定向成朝向侧向端口3、4。另一方面，具有竖向对准的电场(TE10)的极化不受影响地向轴向端口2传播。TE01无法耦合至侧向端口，侧向端口在该模下处于断开状态。

双极化端口1通常形成为仅传播简并模的正方形或圆形波导，但是其他对称的几何形状例如八角形波导和在一个特定的频带中传播两种模的不对称的几何形状也是可能的选择。对于单个的极化端口2、3和4，通常使用矩形波导，但可以考虑其他几何形状。

该Boifot结具有两个对称平面，从而允许该结以及使用该结作为极化滤波器的其他部件、比如正交模转换器的带宽是宽的。