专利名称：一种移相曲线可预置的圆极化器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种圆极化器，特别是对移相曲线有特殊要求的非线性移 相曲线特性。本实用新型属于天线技术(阵列天线技术，多波束天线技术)领 域，特别是在宽频带范围内有较高相位一致性要求的天线设计，用于补偿由于
其它器件级联造成的相位特性偏移；也可用于波导滤波器^t支术领域。
背景技术：
任意的圆极化波可以表示成两个空间正交、时间相位差90。、幅度相等的 线极化波之和。其工作过程是首先极化转换，将输入的线极化波由极化分离 器件分成两个正交的幅度相等的线性分量；然后是将这两个分量之间经过移相 器产生90°相位差。
在^ii模的圓波导中径向加载金属板的圓极化器，它由传输^n模的圆波导
及两块同^u的电场矢量成45°角放置的金属块组成。当电场矢量通过金属板 时，分解成同金属板平行和垂直的两电场分量，这两电场分量在通过金属板时 其相速度是不一样的，只要适当选择波导直径2r和金属板的厚度d，就可使这 两个电场分量经过金属板后的相位差为90°以获得圆极化，其设计公式是
垂直板电场分量的波数<formula>formula see original document page 3</formula>平行板电场分量的波数<formula>formula see original document page 3</formula>
1义的板形成的相移量<formula>formula see original document page 3</formula>
半径为r的圓波导^ii模的截止波长<formula>formula see original document page 3</formula>置入两块厚度为d的金属板，截止波长随厚度变化也在变化，并呈一定的规律性，由此可选择波导半径
r、金属块厚度d和长度使其相位达到90° 。
在圆波导中等间距地对称加入金属膜片形成的圆极化器，如图1a、图化 所示。圆波导内金属膜片对垂直电矢量和水平电矢量呈现容性和感性加载作用， 这使两矢量相位较未加载时迟后或超前，置于金属板的数目和尺寸选择合适， 可使两电场分量产生90°的相位差以实现圆极化。
波紋才及化器是基于对称波紋结构组成的差动相移区；在正交才及化平面方面 (即这一区域的半功率主模)，这些结构有所不同。由于限制高阶模的形成，推
荐使用对称结构。如图2所示的单一波紋结构，对于^i。模，它呈现电容不连
续，而对^。i模则呈现电感不连续性。。
膜片圆极化器是由方(圆)波导一边的中间插入一渐变过渡或阶梯过渡的导 体膜片构成。使方(圆)波导的另一端形成两相同的矩形(半圆)波导，对膜 片进行适当的设计，便得到具有等功率分配和线圆极化转换功能的导体膜片式 才及^f匕器，结构示意图如图3a、图3b所示。
以上几种现在国内外普遍采用的圆才及化器有着结构简单，加工容易的优点， 但是它们有一个共同的缺点就是，采取一种结构方式以后，两个模式相位差的 曲线，也就是实际的移相曲线的线性度是固定的。不能对在宽频带范围有较高 相位一致性要求的圆极化天线进行额外的相位补偿。
一般的反射面天线由多个部件组成，尤其是馈电部分，包括馈源、圆极化 器、正交模耦合器等。这些部件通过级联组成天线系统的馈电网络后，由于各 自器件的不同色散特性，馈电网络的相位特性可能呈现一种非线性变化，特别 是对宽频带且有较高相位一致性要求的天线系统，如多波束馈源阵天线系统， 这种由相位的非线性变化带来的不一致性将严重影响天线性能。而上迷的几种 现在国内外普遍采用的圆极化器尽管具有结构简单，加工容易的优点，但由于 其两个模式相位差的曲线，也就是实际的移相曲线的线性度是固定的，因此不 能对相位的非线性不一致性进行校正或补偿。多个器件级联以后的相位曲线如图4中曲线1所示，实际需要的相位曲线 为中间的直线3所示，为了得到实际所需要的曲线形状，需要设计和曲线A特 性相反的相位特性曲线，即图4中的曲线2所示的特性。这样就补偿了由于多 个器件级耳关以后带来的非线性的相位不一致性，有利于提高天线的性能指标。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种移相曲线 可预置的圆极化器，该圆极化器可对圆极化天线进行额外的相位补偿。
本实用新型的技术解决方案是 一种移相曲线可预置的圆极化器，包括波 导和至少5对金属膜片，所述金属膜片按正弦分布或高斯分布对称安装在波导
内，且相对入射主模巧。和^。i在空间成45。夹角；波导采用单一波紋结构， 所述的波紋方向与金属膜片成正交方向。
所述的波紋结构沿波导轴向向内。
所述的波紋结构沿波导轴向向外。
所述的波导为圆波导，或方波导。
本实用新型与现有才支术相比有益效果为本实用新型波导釆用单一波紋结 构，波紋方向与金属膜片成正交方向，波紋结构沿波导轴向向内或向外，这种 结构与现有技术中普通的圆波导或方波导相比，本实用新型结构可以对圆极化 天线进行额外的相位补偿，有助于提高在宽频带范围内有较高相位一致性要求 的阵列天线、多波束天线的性能。
图1a为圆才及化器截面示意图1b为圆招z化器端面示意图2为关于巧。模和^。'模的单一波紋结构； 图3a为圆波导膜片极化器示意图； 图3b为方波导膜片^ l化器示意图； 图4为相位线性度校正原理图；图5a为本实用新型波紋结构向内的圆极化器横截面示意图； 图5b为图5a的剖面示意图6a为本实用新型波紋结构向外的圆极化器4黄截面示意图； 图6b为图6a的剖面示意图； 图7为图1a、图1b所示结构的移相曲线； 图8为图5a、图5b所示结构的移相曲线； 图9为图6a、图6b所示结构的移相曲线； 图10为馈源系统多个器件级联以后的相位曲线； 图11为对图10所示相位特性补偿后的圆极化相位特性曲线。
具体实施方式
一种移相曲线可预置的圆极化器，包括圆波导和至少5对金属膜片，所述
金属膜片按正弦分布或高斯分布对称安装在波导内，且相对入射主模巧。和7^1 在空间成45。夹角；波导采用单一波紋结构，所述的波紋方向与金属膜片成正 交方向。波紋结构可以沿波导轴向向内，如图5a、图5b所示。波紋结构也可 以沿波导轴向向外，如图6a、图6b结构所示。
假设单纯的圆波导金属膜片周期加载圆极化器的移相曲线斜率的的绝对值 为k,采用本实用新型结构以后的移相曲线斜率的的绝对值为k1,首先根据需 要判断，如果需要得到kKk的曲线，则选取图5a、图5b所示的结构，相反 则选用图6a、图6b所示的结构形式。然后根据工作频率选择合适的波导半径 r、金属膜片间距p、金属膜片的数量，其中，
义=2冗r
波导半径r的选择满足e=riST， 4为圆波导^"模的截止波长。
金属膜片间距p的初始选择一般在^《左右；后续根据仿真试验结果进行
调整，再仿真直至满足要求。
金属膜片数量，膜片的数量一般选取大于5对，并且按正弦分布或高斯分 布，中间最深，两边最浅。波导中波紋的宽度和高度共同影响k1对k的偏离程度，由于理论计算复杂，故实际仿真计算中采用试探法，先给定一个尺寸，然 后根据仿真结果变化尺寸，直至得到理想的结果。
图7为单纯的金属膜片周期加载圆极化器(图1a、图1b)的移相曲线特 性，图8根据图5a、图5b设计的一例圆极化器的移相曲线，图9根据图6a、 图6b设计的一例圆极化器的移相曲线。某天线馈源系统多个器件级联以后的 相位曲线如图10所示，其中才艮据图6a、图6b设计的移相特性曲线9经过实 际的工程l^iit以后对该天线馈源系统的相位偏离起到了很好的校正作用。测试 结果如图11所示。从图11可以看出，使用图6a、图6b所示的圆极化器以后， 该馈源系统的圆极化相位得到了很好的补偿。证明了该设计方法的可行性。
本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求1、一种移相曲线可预置的圆极化器，其特征在于包括波导和至少5对金属膜片，所述金属膜片按正弦分布或高斯分布对称安装在波导内，且相对入射主模TE10和TE01在空间成45°夹角；波导采用单一波纹结构，所述的波纹方向与金属膜片成正交方向。
2、 根据权利要求1所述的一种移相曲线可预置的圓极化器，其特征在于 所述的波紋结构沿波导轴向向内。
3、 根据权利要求1所述的一种移相曲线可预置的圓极化器，其特征在于 所述的波紋结构沿波导轴向向外。
4、 根据权利要求1所述的一种移相曲线可预置的圆极化器，其特征在于 所述的波导为圓波导，或方波导。
专利摘要一种移相曲线可预置的圆极化器，包括波导和至少5对金属膜片，所述金属膜片按正弦分布或高斯分布对称安装在波导内，且相对入射主模TE<sub>10</sub>和TE<sub>01</sub>在空间成45°夹角；波导采用单一波纹结构，所述的波纹方向与金属膜片成正交方向，本实用新型圆极化器克服现有技术的不足，可对圆极化天线进行额外的相位补偿。
文档编号H01P1/165GK201327860SQ20082012424
公开日2009年10月14日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者赵泓懿 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五〇四研究所