一种紧凑型c频段收发共用双圆极化馈源组件的制作方法
【专利摘要】一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，包括光壁赋形喇叭、六端口耦合枢纽、四个低通滤波器、两个弯波导组件A、两个弯波导组件B、T型十字接头、发射隔板圆极化器、接收隔板圆极化器，方圆波导转换器、四个波导阻抗变换段；本实用新型采用易于加工、重量更轻的光壁赋形喇叭结合H面耦合、偏置结构的六端口极化频率双工器的方式，减轻了馈源组件整体重量；提出了基于H面耦合、偏置型六端口极化频率双工器的新结构形式，有效地缩减了馈源组件的轴向尺寸；采用电长度相同但结构形式不同的弯波导组件A、B实现T型十字接头和低通滤波器的连接，不但可保证发射通道信号需用的幅度相位特性，同时启到阻抗变换作用，改善了发射端口回波损耗性能。
【专利说明】一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，属于反射面天线 馈源组件领域。
【背景技术】
[0002] 在卫星通信反射面天线系统中，馈源组件是不可或缺的部件。它作为反射面的初 级照射源，实现反射面天线系统收发共用或极化复用的功能。随着通信卫星通信容量的不 断增大，往往需要反射面天线馈源组件同时具有收发共用和极化复用的能力，同时对其电 性能、重量、体积的要求也越来越高。
[0003] 目前国内外星载C频段收发共用双圆极化馈源组件常采用波纹喇叭加极化频率 双工器的方式实现。其中发射双圆极化信号形成的主要方式有①隔板圆极化器结合对称型 六端口耦合枢纽的形式②隔板圆极化器结合偏置型六端口 E面耦合枢纽的形式③3dB电桥 结合偏置型六端口枢纽的形式。其中方式①往往存在轴向尺寸较大的问题，方式②在一定 程度上可以减小馈源组件的轴向尺寸，但是减小程度有限，同时电性能会受到一些影响，方 式③由于采用了 3dB电桥，需要增加2个功率分配器实现电桥与耦合枢纽的连接，因此馈源 组件整体的重量又有所增加。因此以上几种情况没有从电性能、重量、结构尺寸等方面综合 折中进行设计。 实用新型内容
[0004] 本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种紧凑型C频段 收发共用双圆极化馈源组件，该馈源组件同时具有电性能优良、重量轻、轴向尺寸小等特 点，可以满足现阶段C频段星载收发共用双圆极化反射面天线系统对馈源组件重量和结构 尺寸的苛刻要求。
[0005] 本实用新型的技术方案是：一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，包括 光壁赋形喇叭、极化频率双工器；所述极化频率双工器包括六端口耦合枢纽、四个低通滤波 器、两个弯波导组件A、两个弯波导组件B、T型十字接头、发射隔板圆极化器、接收隔板圆极 化器、方圆波导转换器、四个波导阻抗变换段；
[0006] 所述六端口耦合枢纽主腔体由N段直径由大到小的同心圆波导构成，主腔体直径 最大的圆波导一端与光壁赋型喇叭相连，另一端通过方圆波导转换器与接收隔板圆极化器 相连；与光壁赋型喇叭相连的主腔体圆波导段周向开有四个Η面耦合缝隙，四个耦合缝隙 间隔90度均匀分布；
[0007] 所述Τ型十字接头主腔体为方波导，方波导一端与发射隔板极化器公共端口相 连，另一端连接一个短路块；方波导的四壁中心位置开有四个Η面耦合缝隙；
[0008] 所述四个低通滤波器的一端与六端口耦合枢纽的四个Η面耦合缝隙配合连接，另 一端通过弯波导组件Α、弯波导组件Β以及波导阻抗变换段与Τ型十字接头的四个Η面耦合 缝隙配合连接。弯波导组件Α、弯波导组件Β的分布方式为两个组件Α相邻，两个弯波导组 件B相邻；
[0009] 所述弯波导组件A、弯波导组件B均由两个E面90°弯波导、两个Η面90°弯波导 组成；两个Η面90°弯波导配合连接成C字形状波导，两个Ε面90°弯波导通过一段直波 导配合连接成Ζ字形波导；C字形波导一端与低通滤波器配合连接，另一端与Ζ字形波导配 合连接，Ζ字形波导另一端与波导阻抗变换段一端配合连接，波导阻抗变换段另一端与Τ型 十字接头Η面耦合缝隙配合连接；
[0010] 所述弯波导组件Α、弯波导组件Β的总长度相同，构成弯波导组件Α、弯波导组件Β 的C字形波导两端的直波导长度不同。
[0011] 定义六端口稱合枢纽主腔体圆波导中心轴线为Ζ方向，六端口稱合枢纽的上、下 两个耦合缝隙中心连线为Υ方向，左、右两个耦合缝隙中心连线为X方向；所述Τ型十字接 头与发射隔板圆极化器均位于六端口耦合枢纽和接收隔板圆极化器的偏置位置上；
[0012] 所述的偏置位置为Τ型十字接头主体腔方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点 与六端口耦合枢纽主腔体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为45 度。
[0013] 所述偏置位置还包括下列三种偏置位置情况：
[0014] (1)τ型十字接头方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点与六端口耦合枢纽主腔 体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为-45度；
[0015] (2) Τ型十字接头方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点与六端口耦合枢纽主腔 体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为-135度；
[0016] (3) Τ型十字接头方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点与六端口耦合枢纽主腔 体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为135度。
[0017] 所述的发射隔板圆极化器公共端口为方波导，两个矩形波导端口为BJ40标准矩 形波导口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化发射端口。
[0018] 所述的接收隔板圆极化器公共端口为方波导，两个矩形波导端口为BJ70标准矩 形波导口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化接收端口。
[0019] 所述的短路块采用铝合金结构件。
[0020] 所述四个低通滤波器均为群岛形式滤波器。
[0021] 所述波导阻抗变换段为阶梯型阻抗变换段。
[0022] 本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
[0023] (1)本实用新型采用易于加工、重量更轻的光壁赋型喇叭结合Η面耦合、偏置型 极化频率双工器的方式实现，减小了整个馈源组件重量，整个馈源组件重量为l〇Kg(含支 架）；
[0024] (2)本实用新型提出的基于Η面耦合、偏置型极化频率双工器的新结构形式，有效 地缩减了 C频段收发共用双圆极化馈源组件的轴向尺寸，整个馈源组件轴向尺寸为700mm ;
[0025] (3)本实用新型采用了偏置的结构形式，破坏了发射通道相应的对称性，因此不能 再采用四个相同的弯波导组件实现T型十字接头和四个低通滤波器的连接，而是采用了两 种电长度相同，结构形式不同的弯波导组件A、B实现T型十字接头和四个低通滤波器的连 接，不但可保证发射通道信号需用的幅度相位特性，同时启到阻抗变换作用，改善了发射端 口回波损耗性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本实用新型紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件结构示意图；
[0027] 图2是本实用新型光壁赋形喇叭与六端口极化频率双工器连接结构示意图；
[0028] 图3是本实用新型六端口极化频率双工器结构示意图；
[0029] 图4是本实用新型六端口极化频率双工器爆炸结构示意图；
[0030] 图5是本实用新型六端口极化频率双工器发射频段端口性能仿真曲线；
[0031] 图6是本实用新型六端口极化频率双工器接收频段端口性能仿真曲线；
[0032] 图7是本实用新型馈源组件发射频段（3. 5GHz)方向图仿真曲线；
[0033] 图8是本实用新型馈源组件接收频段（5. 8GHz)方向图仿真曲线。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0035] 实用新型的馈源组件工作于C频段，具有收发共用和圆极化复用功能。采用光壁 赋形喇叭1结合Η面耦合、偏置型极化频率双工器2的方式实现。如图1所示给出了馈源 组件的结构示意图，图2给出了光壁赋形喇叭1和极化频率双工器2连接关系示意图。该 馈源组件共有四个输入端口，其中发射隔板圆极化器8两个矩形波导端口为BJ40标准矩形 波导口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化发射端口，接收隔板圆极化器9两个矩形波导端 口为BJ70标准矩形波导口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化接收端口。
[0036] 所述极化频率双工器2结构示意图如图3所示，包括六端口耦合枢纽3、四个低通 滤波器4、两个弯波导组件Α5、两个弯波导组件Β6、Τ形十字接头7、发射隔板圆极化器8、接 收隔板圆极化器9、方圆波导转换器10。
[0037] 所述极化频率双工器2爆炸结构示意图如图4所示，按照微波信号在所述的极化 频率双工器2中传输情况，发射通道包括发射隔板圆极化器8、Τ型十字接头7、两个弯波导 组件Α5、两个弯波导组件Β6、四个低通滤波器4、六端口耦合枢纽3。接收通道包括六端口 耦合枢纽3、方圆波导转换器10、接收隔板圆极化器9。发射隔板圆极化器8公共端口与Τ 形十字接头7方波导端口相连接，Τ形十字接头7的四个Η面耦合端口与六端口耦合枢纽 3的四个Η耦合端口通过两个弯波导组件Α5、两个弯波导组件Β6相连接，形成发射信号通 道。接收隔板圆极化器9方波导端口与六端口耦合枢纽3的直通圆波导端口通过方圆波导 转换器10相连接，形成接收信号通道。
[0038] 所述极化频率双工器发射频段及接收频段圆极化形式原理如下：
[0039] (1)发射频段圆极化形成原理：来自发射隔板圆极化器矩形波导端口的发射信号 经过发射隔板圆极化器被分离成幅度相等、相位差90°的两路信号，这两路信号经过Τ型 十字接头再次被分离成幅度相等的4路信号，并且分别进入4个弯波导组件，其中进入上下 两个弯波导组件的信号相位相同，进入左右两个弯波导组件的信号相位相同，而上下两个 弯波导组件内的信号与左右两个弯波导内的信号相位相差90°，该4路信号经过4个电长 度相同的弯波导组件后再经过4个低通滤波器进入六端口耦合枢纽进行合成，形成两路幅 度相等、相位差90°的信号，并实现对光壁赋形喇叭的激励，最终由喇叭辐射出形成发射频 段的圆极化波。在整个发射信号的通道中，发射隔板圆极化器用于实现发射频段电磁波圆 极化特性，T型十字接头7和六端口耦合枢纽3实现信号的分离和合成作用，低通滤波器实 现对发射频段的无源互调产物的滤波，避免无源互调产物进入接收端口的作用。
[0040] (2)接收圆极化形成原理：由光壁赋形喇叭1接收到信号进入六端口耦合3枢纽， 在六端口耦合枢纽3的耦合侧壁处遇到低通滤波器4的阻挡，然后通过六端口耦合枢纽3 的直通波导进入接收隔板圆极化器9,最终经过接收隔板圆极化器9形成接收频段的圆极 化工作方式。
[0041] 本实用新型巧妙的采用了 Η面耦合偏置结构形式，该种新的结构形式很大程度上 减小了馈源组件轴向长度。由于采用了偏置的结构形式，破坏了其相应的对称性，因此不能 再采用四个相同的弯波导组件连接Τ型十字接头7和低通滤波器4,而是采用了两种电长度 相同、结构形式不同的弯波导组件Α5、弯波导组件Β6实现Τ型十字接头7和四个低通滤波 器4的连接。弯波导组件Α5、弯波导组件Β6不但可以保证发射通道信号需用的幅度相位特 性，同时启到阻抗变换作用，改善了发射端口驻波比性能。
[0042] 如图5、6所示给出了极化频率双工器在商用软件HFSS中端口性能仿真结果曲线， 横坐标Freq表示频率，纵坐标dB表示增益。其中图5给出了发射频段端口回波损耗及极 化隔离度，在发射频段端口回波损耗优于_30dB，极化隔离度优于_21dB，图6给出了接收 频段端口回波损耗及极化隔离度，在接收频段内端口回波损耗优于_29dB，极化隔离度优 于-28dB。
[0043] 如图7、8所示给出了馈源组件整体在商用软件HFSS中方向图仿真曲线，横坐标 Theta表示方位角，纵坐标dB表示增益。其中图7给出了发射频段中心频点主极化及交叉 极化方向图曲线，相对于主极化最大值，交叉极化优于_30dB，其中图8给出了接收频段中 心频点主极化及交叉极化方向图曲线，相对于主极化最大值，交叉极化优于_30dB。
[0044] 最终本实用新型的能够达到下列性能参数及指标，如表1所示：
[0045] 表 1
[0046]
【权利要求】
1. 一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于：包括光壁赋形喇叭 (I) 、极化频率双工器（2);所述极化频率双工器（2)包括六端口耦合枢纽（3)、四个低通滤 波器（4)、两个弯波导组件A(5)、两个弯波导组件B(6)、T型十字接头（7)、发射隔板圆极化 器（8)、接收隔板圆极化器（9)、方圆波导转换器（10)、四个波导阻抗变换段（11); 所述六端口耦合枢纽（3)主腔体由N段直径由大到小的同心圆波导构成，主腔体直径 最大的圆波导一端与光壁赋型喇叭（1)相连，另一端通过方圆波导转换器（10)与接收隔板 圆极化器（9)相连；与光壁赋型喇叭（1)相连的主腔体圆波导段周向开有四个Η面耦合缝 隙，四个耦合缝隙间隔90度均匀分布； 所述Τ型十字接头（7)主腔体为方波导，方波导一端与发射隔板极化器（8)公共端口 相连，另一端连接一个短路块；方波导的四壁中心位置开有四个Η面耦合缝隙； 所述四个低通滤波器（4)的一端与六端口耦合枢纽（3)的四个Η面耦合缝隙配合连 接，另一端通过弯波导组件Α(5)、弯波导组件Β(6)以及波导阻抗变换段（11)与Τ型十字接 头（7)的四个Η面耦合缝隙配合连接，弯波导组件Α(5)、弯波导组件Β(6)的分布方式为两 个组件A (5)相邻，两个弯波导组件Β (6)相邻； 所述弯波导组件A(5)、弯波导组件B(6)均由两个E面90°弯波导、两个Η面90°弯波 导组成；两个Η面90°弯波导配合连接成C字形状波导，两个Ε面90°弯波导通过一段直 波导配合连接成Ζ字形波导；C字形波导一端与低通滤波器（4)配合连接，另一端与Ζ字形 波导配合连接，Ζ字形波导另一端与波导阻抗变换段（11) 一端配合连接，波导阻抗变换段 (II) 另一端与Τ型十字接头（7)Η面耦合缝隙配合连接； 所述弯波导组件A (5)、弯波导组件Β (6)的总长度相同，构成弯波导组件A (5)、弯波导 组件B (6)的C字形波导两端的直波导长度不同。
2. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 定义六端口耦合枢纽（3)主腔体圆波导中心轴线为Z方向，六端口耦合枢纽（3)的上、下两 个耦合缝隙中心连线为Y方向，左、右两个耦合缝隙中心连线为X方向；所述T型十字接头 (7)与发射隔板圆极化器（8)均位于六端口耦合枢纽（3)和接收隔板圆极化器（9)的偏置 位置上； 所述的偏置位置为T型十字接头（7)主体腔方波导中心轴线投影到XY平面的投影点 与六端口耦合枢纽（3)主腔体圆波导中心轴线投影到XY平面的投影点连线与X轴夹角为 45度。
3. 根据权利要求2所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述偏置位置还包括下列三种偏置位置情况： (1) T型十字接头（7)方波导中心轴线投影到XY平面的投影点与六端口耦合枢纽（3) 主腔体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为-45度； (2) Τ型十字接头（7)方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点与六端口耦合枢纽（3) 主腔体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为-135度； (3) Τ型十字接头（7)方波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点与六端口耦合枢纽（3) 主腔体圆波导中心轴线投影到ΧΥ平面的投影点连线与X轴夹角为135度。
4. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述的发射隔板圆极化器（8)公共端口为方波导，两个矩形波导端口为BJ40标准矩形波导 口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化发射端口。
5. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述的接收隔板圆极化器（9)公共端口为方波导，两个矩形波导端口为BJ70标准矩形波导 口，分别为左旋圆极化和右旋圆极化接收端口。
6. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述的短路块采用铝合金结构件。
7. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述四个低通滤波器（4)均为群岛形式滤波器。
8. 根据权利要求1所述的一种紧凑型C频段收发共用双圆极化馈源组件，其特征在于： 所述波导阻抗变换段（11)为阶梯型阻抗变换段。
【文档编号】H01Q23/00GK203871478SQ201420262945
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】张坚, 崔华阳, 万继响, 叶长利, 张明涛, 谢苏隆 申请人:西安空间无线电技术研究所