一种Ka波段双频双极化收发共用馈源的制作方法

本发明属于卫星通讯设备领域，具体地讲涉及一种ka波段双频双极化收发共用馈源。

背景技术：

随着卫星通信技术的飞速发展,天线系统对于ka频段的应用需求日益广泛，在欧美地区ka频段卫星通讯应用日趋成熟，国内近期中星十六号将与规划中的中星十八号组成一个全面可覆盖中国、东亚、南亚等地区的卫星通信网络。中国卫通公布的ka频段卫星终端的工作带宽接收频段(下行)为k波段18.7ghz-20.2ghz，发射频段(上行)为ka波段29.46ghz-30ghz。为了能同时的满足国内外市场需求，对接收频段和发射频段进行展宽很有必要。

技术实现要素：

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种ka波段双频双极化收发共用馈源，其展宽了接收频段和发射频段，提高了馈源的工作性能。

本发明采用以下技术方案：

一种ka波段双频双极化收发共用馈源，包括相互固定连接的正交模耦合单元和收发单元；所述正交模耦合单元内设有omt腔体，所述收发单元内设有波导输出腔体；所述omt腔体的一端设置有总馈电口，omt腔体的另一端与波导输出腔体的一端在正交模耦合单元与收发单元的连接处相互贯通，波导输出腔体的另一端的多个波导口分别设置有发射通道波导口、接收通道波导口和负载；所述收发单元上还设有用于改变发射辐射波和接收辐射波的圆极化方向的平行波导切换单元。

优选的，所述omt腔体包括有波导通道ⅰ、波导通道ⅱ、波导通道ⅲ和波导通道ⅳ；所述波导通道ⅱ的一端设置有总馈电口，自靠近总馈电口到远离总馈电口的方向上，所述波导通道ⅱ依次分别通过直线型波导滤波器ⅰ与波导通道ⅳ的一端连通、通过u形波导滤波器与波导通道ⅲ的一端连通、通过直线型波导滤波器ⅱ与波导通道ⅰ的一端连通；所述波导通道ⅰ、波导通道ⅱ、波导通道ⅲ和波导通道ⅳ的另一端与波导输出腔体相互贯通。

进一步优选的，所述波导输出腔体包括均位于平行波导切换单元的一侧且相互平行依次设置的发射右旋圆极化通道、发射左旋圆极化通道、接收左旋圆极化通道、接收右旋圆极化通道；所述负载包括负载ⅰ、负载ⅱ、负载ⅲ；所述发射通道波导口设置在发射右旋圆极化通道与发射左旋圆极化通道之间，所述负载ⅰ设置在发射左旋圆极化通道与接收左旋圆极化通道之间，所述负载ⅱ设置在接收左旋圆极化通道与接收右旋圆极化通道之间，所述负载ⅲ设置在发射右旋圆极化通道在远离发射左旋圆极化通道的一侧；所述接收通道波导口位于平行波导切换单元的另一侧。

更进一步优选的，所述平行波导切换单元包括电磁线圈、推杆和滑块；所述推杆沿其轴向可活动的设置在电磁线圈内，所述滑块的两侧端分别固定有左挡板和右挡板，所述推杆沿其长度方向固定在左挡板与右挡板之间；所述电磁线圈固定在收发单元的外侧面上，所述滑块随着推杆的运动可滑动的设置在收发单元内；所述滑块在靠近发射右旋圆极化通道的一侧处，由发射右旋圆极化通道到接收右旋圆极化通道的方向上依次设置有u形通道ⅰ、u形通道ⅱ、接收通道ⅰ、u形通道ⅲ、接收通道ⅰ；所述u形通道ⅰ用于连通发射右旋圆极化通道与负载ⅲ或发射右旋圆极化通道与发射通道波导口；所述u形通道ⅱ用于连通发射通道波导口与发射左旋圆极化通道或发射左旋圆极化通道与负载ⅰ；所述接收通道ⅰ用于连通接收左旋圆极化通道与接收通道波导口；所述u形通道ⅲ用于连通负载ⅱ与接收左旋圆极化通道或负载ⅱ与接收右旋圆极化通道；所述接收通道ⅰ用于连通接收右旋圆极化通道与接收通道波导口。

更进一步优选的，当所述滑块处于靠近发射右旋圆极化通道的端头处时，设其为切换状态ⅰ，当滑块处于远离发射右旋圆极化通道的端头处时，设其为切换状态ⅱ；所述滑块为切换状态ⅰ时，所述u形通道ⅰ用于连通发射左旋圆极化通道与负载ⅲ，所述u形通道ⅱ用于连通发射通道波导口与发射右旋圆极化通道，所述u形通道ⅲ用于连通负载ⅱ与接收左旋圆极化通道，所述接收通道ⅰ用于连通接收右旋圆极化通道与接收通道波导口，此时，发射辐射波为右旋圆极化方向、接收辐射波为左旋圆极化方向；所述滑块为切换状态ⅱ时，所述u形通道ⅰ用于连通发射左旋圆极化通道与发射通道波导口，所述u形通道ⅱ用于连通发射右旋圆极化通道与负载ⅰ，所述接收通道ⅰ用于连通接收左旋圆极化通道与接收通道波导口，所述u形通道ⅲ用于连通负载ⅱ与接收右旋圆极化通道，此时，发射辐射波为左旋圆极化方向、接收辐射波为右旋圆极化方向。

更进一步优选的，所述左挡板和右挡板的下部均设有永磁体；所述滑块设置在收发单元中的滑动腔体内，在靠近左挡板的滑动腔体端头处和在靠近右挡板的滑动腔体端头处均设置有铁磁体；所述左挡板的永磁体与靠近左挡板的铁磁体之间吸合时，所述滑块为切换状态ⅰ；所述右挡板的永磁体与靠近右挡板的铁磁体之间吸合时，所述滑块为切换状态ⅱ。

更进一步优选的，所述u形通道ⅰ、u形通道ⅱ、u形通道ⅲ的转弯处均设有向通道内凸起的凸块。

更进一步优选的，所述u形通道ⅰ、u形通道ⅱ、接收通道ⅰ、u形通道ⅲ、接收通道ⅰ的上下左右四个方向均设有用于增加隔离度的扼流槽。

更进一步优选的，所述扼流槽距相应的通道边缘的距离设置为辐射波波长的1/8至1/6；所述扼流槽的深度设为辐射波波长的1/4。

优选的，所述正交模耦合单元和收发单元均设置为上下两片式结构，所述omt腔体由正交模耦合单元的上下两片叠合而成，所述波导输出腔体由收发单元的上下两片叠合而成。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的收发共用馈源包括相互固定连接的正交模耦合单元和收发单元；所述正交模耦合单元内设有omt腔体，所述收发单元内设有波导输出腔体；所述omt腔体的一端设置有总馈电口，omt腔体的另一端与波导输出腔体的一端在正交模耦合单元与收发单元的连接处相互贯通，波导输出腔体的另一端的多个波导口分别设置有发射通道波导口、接收通道波导口和负载；所述omt腔体与波导输出腔体的结构设置、以及相互的连通关系，使得本发明的收发共用馈源能够实现收发共用，且对接收频段和发射频段都进行了展宽。

2)目前国内外卫星通讯收发终端的双圆极化天线,电磁信号圆极化方向一般是固定的，如果要切换接收辐射波或发射辐射波的圆极化方向时,需要拆下双圆极化天线进行手动调节,再重新安装使用,操作繁琐,效率低下。本发明中设有用于改变发射辐射波和接收辐射波的圆极化方向的平行波导切换单元，圆极化方向的切换工作可以通过电控或远程遥控完成，省时省力、提高了工作效率；同时，传统的切换装置至少需要两个同轴波导开关才能实现切换，而本发明使用一个平行波导切换单元就能实现四个通道的切换，具体结构简单、操作便捷、成本低的优点。

3)所述u形通道ⅰ、u形通道ⅱ、接收通道ⅰ、u形通道ⅲ、接收通道ⅰ的上下左右四个方向均设有用于增加隔离度的扼流槽。减少了上述各通道间的电磁耦合、增加了通道间的隔离抑制。

附图说明

图1为本发明的收发共用馈源的立体结构图。

图2为本发明的收发单元的立体结构图。

图3为本发明的正交模耦合单元的立体结构图。

图4为本发明的收发单元的局部爆炸图。

图5为本发明的滑块为切换状态ⅰ时的局部结构图。

图6为本发明的滑块为切换状态ⅱ时的局部结构图。

图7为本发明的滑块为切换状态ⅰ时的信号走向示意图。

图8为本发明的滑块为切换状态ⅱ时的信号走向示意图。

图9为本发明的收发单元的剖视图。

图10为本发明的接收通道的测试图。

图11为本发明的发射通道的测试图。

图12a、图12b分别为切换面存在缝隙不加扼流槽的仿真模型图和电场示意图。

图13a、图13b分别为切换面存在缝隙加扼流槽的仿真模型图和电场示意图。

附图标记：1-正交模耦合单元，2-收发单元，3-omt腔体，4-波导输出腔体，5-平行波导切换单元，11-总馈电口，21-发射通道波导口，22-接收通道波导口，23-负载，31-波导通道ⅰ，32-波导通道ⅱ，33-波导通道ⅲ，34-波导通道ⅳ，35-直线型波导滤波器ⅰ，36-u形波导滤波器，37-直线型波导滤波器ⅱ，41-发射右旋圆极化通道，42-发射左旋圆极化通道，43-接收左旋圆极化通道，44-接收右旋圆极化通道，51-电磁线圈，52-推杆，53-滑块，54-左挡板，55-右挡板，231-负载ⅰ，232-负载ⅱ，233-负载ⅲ，531-u形通道ⅰ，532-u形通道ⅱ，533-接收通道ⅰ，534-u形通道ⅲ，535-接收通道ⅰ，56-永磁体，57-铁磁体，58-凸块，59-扼流槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种ka波段双频双极化收发共用馈源，包括相互固定连接的正交模耦合单元1和收发单元2；所述正交模耦合单元1内设有omt腔体3，所述收发单元2内设有波导输出腔体4；所述omt腔体3的一端设置有总馈电口11，omt腔体3的另一端与波导输出腔体4的一端在正交模耦合单元1与收发单元2的连接处相互贯通，波导输出腔体4的另一端的多个波导口分别设置有发射通道波导口21、接收通道波导口22和负载23；所述收发单元2上还设有用于改变发射辐射波和接收辐射波的圆极化方向的平行波导切换单元5。

如图3所示，所述omt腔体3包括有波导通道ⅰ31、波导通道ⅱ32、波导通道ⅲ33和波导通道ⅳ34；所述波导通道ⅱ32的一端设置有总馈电口11，自靠近总馈电口11到远离总馈电口11的方向上，所述波导通道ⅱ32依次分别通过直线型波导滤波器ⅰ35与波导通道ⅳ34的一端连通、通过u形波导滤波器36与波导通道ⅲ33的一端连通、通过直线型波导滤波器ⅱ37与波导通道ⅰ31的一端连通；所述波导通道ⅰ31、波导通道ⅱ32、波导通道ⅲ33和波导通道ⅳ34的另一端与波导输出腔体4相互贯通。

如图2、图4所示，所述波导输出腔体4包括均位于平行波导切换单元5的一侧且相互平行依次设置的发射右旋圆极化通道41、发射左旋圆极化通道42、接收左旋圆极化通道43、接收右旋圆极化通道44；所述负载23包括负载ⅰ231、负载ⅱ232、负载ⅲ233；所述发射通道波导口21设置在发射右旋圆极化通道41与发射左旋圆极化通道42之间，所述负载ⅰ231设置在发射左旋圆极化通道42与接收左旋圆极化通道43之间，所述负载ⅱ232设置在接收左旋圆极化通道43与接收右旋圆极化通道44之间，所述负载ⅲ233设置在发射右旋圆极化通道41在远离发射左旋圆极化通道42的一侧；所述接收通道波导口22位于平行波导切换单元5的另一侧。

如图4、图9所示，所述平行波导切换单元5包括电磁线圈51、推杆52和滑块53；所述推杆52沿其轴向可活动的设置在电磁线圈51内，所述滑块53的两侧端分别固定有左挡板54和右挡板55，所述推杆52沿其长度方向固定在左挡板54与右挡板55之间；所述电磁线圈51固定在收发单元2的外侧面上，所述滑块53随着推杆52的运动可滑动的设置在收发单元2内；所述滑块53在靠近发射右旋圆极化通道41的一侧处，由发射右旋圆极化通道41到接收右旋圆极化通道44的方向上依次设置有u形通道ⅰ531、u形通道ⅱ532、接收通道ⅰ533、u形通道ⅲ534、接收通道ⅰ535；所述u形通道ⅰ531用于连通发射右旋圆极化通道41与负载ⅲ233或发射右旋圆极化通道41与发射通道波导口21；所述u形通道ⅱ532用于连通发射通道波导口21与发射左旋圆极化通道42或发射左旋圆极化通道42与负载ⅰ231；所述接收通道ⅰ533用于连通接收左旋圆极化通道43与接收通道波导口22；所述u形通道ⅲ534用于连通负载ⅱ232与接收左旋圆极化通道43或负载ⅱ232与接收右旋圆极化通道44；所述接收通道ⅰ535用于连通接收右旋圆极化通道44与接收通道波导口22。

如图5、图6所示，当所述滑块53处于靠近发射右旋圆极化通道41的端头处时，设其为切换状态ⅰ，当滑块53处于远离发射右旋圆极化通道41的端头处时，设其为切换状态ⅱ；；所述滑块53为切换状态ⅰ时，所述u形通道ⅰ531用于连通发射右旋圆极化通道41与负载ⅲ233，所述u形通道ⅱ532用于连通发射通道波导口21与发射左旋圆极化通道42，所述u形通道ⅲ534用于连通负载ⅱ232与接收左旋圆极化通道43，所述接收通道ⅰ535用于连通接收右旋圆极化通道44与接收通道波导口22，此时，发射辐射波为右旋圆极化方向、接收辐射波为左旋圆极化方向；所述滑块53为切换状态ⅱ时，所述u形通道ⅰ531用于连通发射右旋圆极化通道41与发射通道波导口21，所述u形通道ⅱ532用于连通发射左旋圆极化通道42与负载ⅰ231，所述接收通道ⅰ533用于连通接收左旋圆极化通道43与接收通道波导口22，所述u形通道ⅲ534用于连通负载ⅱ232与接收右旋圆极化通道44，此时，发射辐射波为左旋圆极化方向、接收辐射波为右旋圆极化方向。

所述左挡板54和右挡板55的下部均设有永磁体56；所述滑块53设置在收发单元2中的滑动腔体内，在靠近左挡板54的滑动腔体端头处和在靠近右挡板55的滑动腔体端头处均设置有铁磁体57；所述左挡板54的永磁体56与靠近左挡板54的铁磁体57之间吸合时，所述滑块53为切换状态ⅰ；所述右挡板55的永磁体56与靠近右挡板55的铁磁体57之间吸合时，所述滑块53为切换状态ⅱ。

所述u形通道ⅰ531、u形通道ⅱ532、u形通道ⅲ534的转弯处均设有向通道内凸起的凸块58。

所述u形通道ⅰ531、u形通道ⅱ532、接收通道ⅰ533、u形通道ⅲ534、接收通道ⅰ535的上下左右四个方向均设有用于增加隔离度的扼流槽59。

所述扼流槽59距相应的通道边缘的距离设置为辐射波波长的1/8至1/6；所述扼流槽59的深度设为辐射波波长的1/4。

具体的，如图12a、图12b、图13a、图13b所示，图12a、图12b分别为切换面存在缝隙不加扼流槽的仿真模型图和电场示意图，图13a、图13b分别为切换面存在缝隙加扼流槽的仿真模型图和电场示意图。从图中能够看出，不加扼流槽59时，电场会从缝隙中泄露出来，恶化电性能；而加扼流槽59后，电场几乎都被限制在扼流槽59里，较少泄露出来，有效地减少了通道间的电磁耦合，增加了通道间隔离抑制。

所述正交模耦合单元1和收发单元2均设置为上下两片式结构，所述omt腔体3由正交模耦合单元1的上下两片叠合而成，所述波导输出腔体4由收发单元2的上下两片叠合而成。

本发明的收发共用馈源在使用时，通过控制电磁线圈51的受电方向，使得滑块53为切换状态ⅰ或者切换状态ⅱ。当电磁线圈51按某一受电方向通电后，此时推杆52受到推力带动滑块53往左滑动，当左挡板54上的永磁体56与靠近左挡板54的铁磁体57接近到一定程度且相互吸合时，实现对滑块53的锁紧和定位，此时滑块53位于最左端，即此时滑块53为切换状态ⅰ。

同理，当需要切换滑块53的状态时，此时给予电磁线圈51相反的受电方向通电，推杆52对滑块53产生的推力将大于左挡板54上的永磁体56与靠近左挡板54的铁磁体57之间的吸合力，使得左挡板54上的永磁体56与靠近左挡板54的铁磁体57之间分开，从而带动滑块53脱离最左端的位置向右移动，推杆52行程至最右端时，右挡板55的永磁体56与靠近右挡板55的铁磁体57之间相互吸合，实现对滑块53的锁紧和定位，此时滑块53位于最右端，即此时滑块53为切换状态ⅱ。

如图7所示，当滑块53为切换状态ⅰ时，由发射机发射信号从发射通道波导口21输入，进入发射左旋圆极化通道42，最后送到波导通道ⅱ32，输出到圆极化器，而发射右旋圆极化通道41的信号连接到负载ⅲ233被短路；从圆极化器经正交模耦合单元1接收的信号，先经过直线型波导滤波器ⅰ35，进入接收右旋圆极化通道44，进而经过平行波导切换单元5到达接收通道波导口22，最后进入接收机。

如图8所示，当滑块53为切换状态ⅱ时，由发射机发射信号从发射通道波导口21输入，进入发射右旋圆极化通道41，最后送到波导通道ⅰ31，进而输出到圆极化器，而发射左旋圆极化通道42的信号连接到负载ⅰ231被短路；从圆极化器经正交模耦合单元1接收的信号，先经过直线型波导滤波器ⅱ37，进入接收左旋圆极化通道43，进而经过平行波导切换单元5到达接收通道波导口22，最后进入接收机。

目前ka频段卫星终端的工作带宽接收频段(下行)为k波段18.7ghz-20.2ghz，发射频段(上行)为k/ka波段29.46ghz-30ghz。如图10和图11所示，图10和图11分别为本发明的收发共用馈源的接收通道的测试图和发射通道的测试图。由图10和图11可得，本发明的收发共用馈源的接收频段为17.8ghz～20.2ghz，发射频段为28ghz～30ghz，且接收通道和发射通道的损耗和驻波均满足要求；由此可见，本发明的收发共用馈源对接收频段和发射频段都进行了展宽。

综上所述，本发明的收发共用馈源展宽了接收频段和发射频段，提高了馈源的工作性能。