本实用新型涉及双频共用馈源网络技术领域，具体涉及一种宽频带十字型正交模转换器。
背景技术：
目前，用于卫星通信地球站天线技术的发展趋势为：向更高频带更宽频带发展、从单频段到多频段发展、向甚小口径天线技术发展。在民用和军用卫星通信研究领域中，都需要大量使用双频段、多频段共用天线。在这些实际重大项目中，解决工程应用的关键技术之一就是采用双频段共用馈源技术。为了适应民用和军用卫星通信领域中需要大量使用双频段、多频段共用天线的发展现状，双频段共用馈源技术具有重要的工程使用价值，值得深入分析和探讨，其中宽频带十字正交模转换器是双多频段馈源网络系统的核心部件，主要实现分离正交极化信号及分频的功能。
现有的常规十字正交模转换器可以在单频带内分离正交极化信号，为了将该项功能展开到双频段，急需一种修改的新型宽频带十字正交模转换器。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种低损耗、结构紧凑、易于批量生产的分离正交极化信号和具有分频功能的宽频带十字型正交模转换器。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种宽频带十字型正交模转换器，包括Ku/Ka频段公共圆波导；所述Ku/Ka频段公共圆波导下方连接有用于分离Ku频段的正交极化信号的耦合器，所述耦合器包括第一矩形波导和第二矩形波导，第一矩形波导和第二矩形波导互相垂直重叠形成十字型结构，并在互相垂直重叠部分形成一个中间方形内腔；所述第一矩形波导的长度和第二矩形波导的长度相等；
所述第一矩形波导的两端分别设有第一耦合口，所述第二矩形波导的两端分别设有第二耦合口；
所述耦合器下方通过脊波导连接有圆波导，所述脊波导用于Ka频段信号的通过；
所述圆波导的直径小于所述Ku/Ka频段公共圆波导的直径，且所述圆波导与所述耦合器相通。
进一步地，所述耦合器的中间方形内腔上还焊接有与所述中间方形内腔相连的金属隔片。
更进一步地，所述金属隔片采用四方形结构，所述四方形结构的中间位置凹陷形成方口，所述方口的四角朝外延伸成槽体。
进一步地，还包括分别插入每个第一耦合口和每个第二耦合口内的阻抗匹配探针。
更进一步地，所述第一耦合口的长度与第二耦合口的长度不相等，且所述阻抗匹配探针插入所述第一耦合口和第二耦合口内的深度与第一耦合口和第二耦合口中长度较小的耦合口的长度相同。
更进一步地，所述阻抗匹配探针为金属圆柱结构。
更进一步地，所述金属圆柱结构的直径为1mm-1.3mm，长度为9mm-10mm。
进一步地，所述脊波导为双脊波导。
更进一步地，所述双脊波导中，所述上层脊波导的尺寸分别为：宽度为4mm-4.5mm，高度为1.5mm-2mm，下层脊波导的尺寸分别为：宽度为1mm-1.5mm，高度为1mm-1.5mm。
进一步地，所述第一矩形波导和第二矩形波导中，长边的长度为15mm-24mm，窄边的长度为5mm-15mm。
本实用新型的有益效果：
本使用新型的宽频带十字正交模转换器，是双频段、双极化卫星通信系统的一个关键部件，其结构紧凑、指标性能良好，并且由于其对称结构，所以对于在该器件中不希望出现的高次模具有很好的抑制作用。对于改善天线馈线系统的整体性能具有非常重要的工程意义。
本实用新型的Ku/Ka频段宽频带十字正交模转换器，Ku接收频段12.25～12.75GHz，Ku发射频段14.0～14.5GHz,Ka接收频段19.6～21.2GHz，发射频段29.4～31.0GHz。使用中，在期望的带宽内回波损耗小于-10dB，交叉极化隔离度大于33dB, Ku、Ka高低频段的隔离度大于32dB。且加工实测结果与优化计算结果非常吻合。该器件整体横向尺寸小于50mm，轴向尺寸小于25mm，非常适用于对双频段卫星通信系统外形尺寸要求比较高的场合。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种宽频带十字型正交模转换器的结构示意图；
图2为本实用新型提供的金属隔片的结构示意图；
图3为本实用新型提供的一种宽频带十字型正交模转换器的回波耗损图；
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
10、Ku/Ka频段公共圆波导；11、耦合器；1101、第一矩形波导；1102、第二矩形波导；12、阻抗匹配探针；13、脊波导；14、圆波导；15、中间方形内腔；16、第一耦合口；17、第二耦合口；20、金属隔片。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
参见附图1-3所示，本实用新型公开了一种宽频带十字型正交模转换器，包括Ku/Ka频段公共圆波导10；Ku/Ka频段公共圆波导10可以同时传输两种正交极化主模信号；
在Ku/Ka频段公共圆波导10下方连接有用于分离Ku频段的正交极化信号的耦合器11，具体地，耦合器11包括第一矩形波导1101和第二矩形波导1102，第一矩形波导1101和第二矩形波导1102互相垂直重叠形成十字型结构，并在互相垂直重叠部分形成一个中间方形内腔15；所述第一矩形波导1101的长度和第二矩形波导1102的长度相等，便于形成对称的结构。由于耦合器11为对称矩形波导，每个信号被等分进入对称矩形波导中，相位差180°；由于矩形导波长度不同，结合对称结构，便于抑制不期望的高次模进入分支区域中。
所述第一矩形波导1101的两端分别设有第一耦合口16，所述第二矩形波导1102的两端分别设有第二耦合口17；具体地，两个第一耦合口16和第二耦合口17形成四臂耦合口；且耦合口是成对的，即每个孔耦合信号的一半能量，理想情况下是3dB。通过两对相互正交的耦合口实现双极化工作。Ku频段的正交极化信号通过该四臂分离出来；
所述耦合器11下方通过脊波导13连接有圆波导14，所述脊波导13用于Ka频段信号的通过；
所述圆波导14的直径小于所述Ku/Ka频段公共圆波导10的直径，由于圆波导14的直径较小，截止频率大于Ku频段频率，所以只能传输Ka频段的信号。
进一步地，所述圆波导14与所述耦合器11相通，由于通过该圆波导14可以连接到Ka频段的常规正交模耦合器，非本申请的耦合器，从而将Ka频段的正交极化信号分离出来。
根据Ku/Ka频段圆波导截止波长与波导口径的关系，Ku/Ka频段公共圆波导口直径选取19.0mm，Ku、Ka频段信号通过该公共圆波导口进入正交模转换器中。
进一步地，所述耦合器11的中间方形内腔15上还焊接有与所述中间方形内腔15相连的金属隔片20。金属隔板20通过焊接的方式与耦合器相连，允许Ka频段的收发信号顺利通过，而对于Ku频段的信号，由于信号频率小于金属隔板能够传输的截止频率，所以Ku频段信号无法通过，起到一个短路作用。
更进一步地，所述金属隔片20采用四方形结构，所述四方形结构的中间位置凹陷形成方口，所述方口的四角朝外延伸成槽体。
其中，四方形结构的边长为19mm，高度为0.3mm，方口的边长为8.5mm，槽体的深度为4.8mm。对应优化好的金属隔片，Ka频段信号可以顺利通过，而对于Ku频段信号起短路作用，这样Ku频段信号被反射进入到耦合器11的四个耦合臂当中。
通过优化该金属隔片20的形状及尺寸，Ka频段的收发信号可以有效通过，而对于Ku频段的信号该金属隔片20起到一个短路的作用，信号反射后进入对称的矩形波导中。
本实用新型不仅能够分离正交极化信号，而且可以作为一种分频器将高低频信号分离出来。
为了实现端口的阻抗匹配，还包括分别插入每个第一耦合口16和每个第二耦合口17内的阻抗匹配探针12。阻抗匹配探针12插于矩形导波中，通过调节该探针的直径及长度来获得宽频带内的阻抗匹配。
更进一步地，所述第一耦合口16的长度与第二耦合口17的长度不相等，且所述阻抗匹配探针12插入所述第一耦合口16和第二耦合口17内的深度与第一耦合口16和第二耦合口17中长度较小的耦合口的长度相同。具体主要是通过调节阻抗匹配探针12的尺寸和及在矩形耦合口中的位置来改善端口匹配。
进一步地，所述阻抗匹配探针12为金属圆柱结构。
进一步地，所述金属圆柱结构的直径为1mm-1.3mm，长度为9mm-10mm。优选地，金属圆柱结构的直径1.15mm，长度9.5mm。对应该优选尺寸，公共圆波导10口的回波损耗较小，可使与该宽频带十字正交模转换器前后端连接的部件在很宽的频带范围内达到良好的匹配效果。
进一步地，为了进一步改善阻抗匹配，所述脊波导13为双脊波导。脊波导13可以满足宽频带单模信号传输，而通过双层脊波导可以进一步改善阻抗匹配
通过合理地选择双层脊波导的尺寸可以使其作为一个高通滤波器来使用，仅仅允许Ka频段的信号通过。故本实用新型中，通过在波导中加脊的方式来增加波导单模信号传输的带宽。双脊波导中，所述上层脊波导的尺寸分别为：宽度为4mm-4.5mm，高度为1.5mm-2mm，下层脊波导的尺寸分别为：宽度为1mm-1.5mm，高度为1mm-1.5mm。
优选地，脊尺寸上层宽4.2mm，高1.7mm；下层宽1.2mm，高1.3mm，对应于该优选好的尺寸，该脊波导只允许Ka频段的信号通过，Ku频段信号被截止，相当于一个高通滤波器的作用。
进一步地，所述第一矩形波导1101和第二矩形波导102中，长边的长度为15mm-24mm，窄边的的长度为5mm-15mm。
优选地，所述第一矩形波导1101、第二矩形波导1102的宽边为19mm,窄边为9.5mm。
按照本实用新型技术设计一个宽频带十字正交模转换器，Ku接收频段12.25～12.75GHz，Ku发射频段14.0～14.5GHz,Ka接收频段19.6～21.2GHz，发射频段29.4～31.0GHz。使用三维电磁仿真软件CST优化设计该器件。在端口P1处，两个正交线极化主模信号TE11V与TE11H被激励出来。对于该器件，我们主要关心的指标是回波损耗、插入损耗、交叉极化隔离度及Ku、Ka高低频段的隔离度。优化后的结果表明在期望的带宽内回波损耗小于-10dB，交叉极化隔离度大于33dB， Ku、Ka高低频段的隔离度大于32dB。且加工实测结果与优化计算结果非常吻合。该器件整体横向尺寸小于50mm，轴向尺寸小于25mm，满足紧凑型双频段馈线系统的使用要求。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。