一种Ku波段收发组件和基于该组件的馈源的制作方法

本发明涉及动中通天线领域，尤其涉及一种ku波段收发组件和基于该组件的馈源。

背景技术：

随着对卫星通信信道容量需求的迅速增加及ku频段业务的日益拥挤，卫星通信天线系统对于ka频段的使用需求迅速增加。目前，大多数船载、车载、机载卫星通信天线系统，经常在保留ku频段通信需求的前提下，实现对于ka频段卫星通信的使用需求。

国内外用于小口径双反射面天线的双频复用馈源主要有两种方式:一种是采用两套各自独立的馈源系统，通过人工或者电动方式更换馈源。另一种是采用共用一个喇叭，通过人工或电动方式切换馈电通道，实现双频段使用需求。这两种方式都需要在空间上切换馈源，空间切换馈源缩短了产品的使用寿命，降低了系统的可靠性。

有鉴于此，有必要提出一种ku波段收发组件和基于该组件的馈源，以解决上述问题。

技术实现要素：

为了克服现有的ku波段网络与其他波段网络复用时在空间上需要切换的缺陷，本发明提供了一种ku波段收发组件和基于该组件的馈源，采用收发端口正交的形式，结构简单、制造方便。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种ku波段收发组件，包括ku发射器和ku接收器，所述ku发射器具有一个发射公共端口和两个相对的第一支路端口，所述ku接收器具有一个接收公共端口和两个相对的第二支路端口；

部分所述ku发射器放置在ku接收器的两个第二支路之间，或者部分所述ku接收器放置在ku发射器的两个第一支路之间，使得所述ku发射器的安装方向与ku接收器的安装方向垂直；

所述第一支路端口和第二支路端口在方向上相互正交。

本发明的第一支路端口对ku发射信号呈现直通特性，第二支路端口对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号呈现阻带抑制特性，对ku发射信号的抑制提高了ku收发之间的隔离度。

作为本发明的进一步改进，所述ku发射器由两个第一支路段、一个第一发射段、一个第一连接段组成，所述第一连接段的两个端部与两个第一支路段连接，所述第一连接段的中部与第一发射段连接，两个所述第一支路段的端部设有第一支路端口。本发明的ku发射器为三端口器件，包括一个作为ku发射功分器的第一发射段及连接段和两个作为发射端低通滤波器的第一支路段组成，发射端低通滤波器为反射式滤波器，它对ku发射信号呈现直通特性，对其他收发信号呈现阻带抑制特性，通过第一发射端口与分波器相连。

作为本发明的进一步改进，所述ku接收器由两个第二支路段、一个第二接收段、一个第二连接段组成，所述第二连接段的两个端部与两个第二支路段连接，所述第二连接段的中部与第一接收段连接，两个所述第二支路段的端部设有第二支路端口。本发明的ku接收器为三端口器件，包括一个作为ku接收功分器的第二接收段及第二连接段、两个作为接收端低通滤波器的第二支路段，接收端低通滤波器对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号和其他收发信号均呈现阻带抑制特性，对ku发射信号的抑制提高了ku收发之间的隔离度，同时无需单独再加滤波器，结构上更加简单紧凑，由于阻带达到2.5倍频程，需选择高次谐波滤波器；两个低通滤波器通过接收功分器合成，并过渡为bj120标准口输出。

作为本发明的进一步改进，所述第二支路段与第二接收段平行，所述第二连接段与第二支路段垂直；

所述第一支路段与第一发射段平行，所述第一连接段与第一支路段垂直。

作为本发明的进一步改进，所述发射公共端口设置在第一发射段的端部，所述接收公共端口设置在第二接收段的端部。

一种基于上述ku波段收发组件的馈源，包括：馈源喇叭、分波器、ku发射器、ku接收器、ka波段组件，所述分波器上设有网络公共口、ka端口和四个ku端口，所述网络公共口与馈源喇叭连接，所述ka端口与ka波段组件连接，两个相对的ku端口与ku发射器连接，另外两个相对的端口与ku接收器连接。本发明通过设置分波器，可以实现两个频段同时工作；并且，当两个频段切换工作时，在空间上无需切换馈源即可实现复用，节省了切换时间。

作为本发明的进一步改进，所述ka端口与网络公共口同轴，四个ku端口位于分波器的周壁上；

所述第二支路段与第二接收段平行，所述第二连接段与第二支路段垂直；所述第一支路段与第一发射段平行，所述第一连接段与第一支路段垂直；

两个第一支路端口、两个第二支路端口对应连接四个ku端口；

所述ka波段组件贯穿ku波段收发组件。

作为本发明的进一步改进，所述ka波段组件包括：单路旋转关节、圆波导、圆极化器和双工器；

单路旋转关节的一端与ka端口连接，另一端与圆波导的一端连接；

圆极化器用于完成线极化波和圆极化波之间的转化，所述圆极化器与圆波导的另一端连接；

双工器的公共口与圆极化器连接。

作为本发明的进一步改进，所述圆极化器和圆波导通过法兰盘连接，所述圆极化器与双工器通过法兰盘连接。

作为本发明的进一步改进，所述双工器包括：水平波导管、竖直波导管，所述水平波导管的截面为环形，所述竖直波导管的截面为方框形，所述水平波导管和竖直波导管相贯设置；

所述水平波导管的两端设有方形法兰，所述竖直波导管的端部与圆极化器通过法兰盘连接。本发明优选水平波导管由第一水平波导段和第二水平波导段组成，第一水平波导段和第二水平波导段通过方形法兰连接，第一水平波导段或第二水平波导段与竖直波导管相贯设置。

附图说明

图1为馈源的结构示意图；

图2为分波器的结构示意图；

图3为ku接收器的结构示意图；

图4为ku发射器的结构示意图；

图5为图1的馈源不同方向的结构示意图；

图6为双工器的结构示意图。

图中，1、馈源喇叭；2、分波器；3、ku发射器；4、ku接收器；5、单路旋转关节；6、圆波导；7、圆极化器；8、双工器；81、竖直波导管；82、水平波导管；82-1、第一水平波导段；82-2、第二水平波导段；83、法兰盘；84、方形法兰；9、网络公共口；10、ka端口；11、ku端口；12、第二连接段；13、第二支路段；14、接收公共端口；15、第一连接段；16、第一支路段；17、发射公共端口；18、第一支路端口。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

请参图1所示，图1为双频段复用天线的馈源网络的结构示意图。本实施例的一种馈源，包括：馈源喇叭1、分波器2、ku波段收发组件、ka波段组件，分波器2上设有网络公共口9、ku端口11和ka端口10，网络公共口9与馈源喇叭1连接，ku端口11与ku波段收发组件连接，ka端口10与ka波段组件连接。

在我国，ku频段卫星通信采用收发正交的线极化方式，ka频段卫星通信采用收发不同旋向的圆极化方式。

本实施例的分波器2，网络公共口9与馈源喇叭1相连，馈源喇叭1为双频共用喇叭，ku端口11用于传输ku频段信号、同时抑制ka频段信号，ka端口10用于传输ka频段信号，同时截止、ku频段信号。

本实施例通过设置分波器2，可以实现两个频段同时工作；并且，当两个频段切换工作时，在空间上无需切换馈源即可实现复用，节省了切换时间。

在本实施方式中，优选ku端口11为四个端口，四个端口位于分波器的侧壁上，四个端口相位相等且方向相互正交；ka端口10为中心轴通道。

请参阅图2，图2为分波器2的结构示意图。本实施例的分波器2结构优选为图2的结构。图2中的分波器，ku端口11由四个端口组成，四个端口相位相等且在方向上相互正交。在本实施例中，在方向上相互正交，是指相邻的两个端口相互垂直。本实施例将ku端口11设置成四个相位相等且方向相互正交的端口，四个端口均位于分波器2的周壁上，四个端口相互正交。本实施例将四个端口设置在分波器2的周壁上，其目的是方便线极化波导系统的安装。另外，本实施例将同一方向上的两个端口用来接收信号，在另外一个方向上的另外两个端口用来发射信号，把收发信号相互正交，实现第一频段收发信号的正交隔离。图2中的分波器，ka端口10为一个端口，ka端口10位于分波器2端面上的中心处，ka端口10用于传输第二频段信号，同时截止第一频段信号。

分波器2为六端口器件，其中网络公共口9与馈源喇叭1相连，ka端口10用于传输第二频段的信号，同时截止第一频段的信号；接收端口ⅰ、发射端口ⅰ、接收端口ⅱ、发射端口ⅱ为四个相位相等且方向相互正交的端口，用于耦合传输ku频段信号，同时抑制ka频段信号，接收端口ⅰ、接收端口ⅱ为ku频段接收信号，发射端口ⅰ、发射端口ⅱ为ku频段发射信号，ku频段收发信号相互正交，实现ku频段收发信号的正交隔离。

实施例2：

为了实现馈源网络（发射面天线）频率复用不需要在空间上切换馈源，本实施例提供了一种双频段复用天线的馈源网络，当两个频段切换工作时，空间上无需切换馈源即可实现复用，节省了切换时间，并且可以实现ku/ka两个频段同时工作。实施例2为实施例1的进一步扩充，实施例1公开的技术方案在实施例2中同样适用。

请参图1和图5所示，本实施例的馈源包括：馈源喇叭1、分波器2、ku发射器3、ku接收器4、ka波段组件，分波器2上设有网络公共口、ka端口10和四个ku端口11，网络公共口与馈源喇叭1连接，ka端口10与ka波段组件连接，两个相对的ku端口11与ku发射器3连接，另外两个相对的端口与ku接收器4连接。本实施例通过设置分波器2，可以实现两个频段同时工作；并且，当两个频段切换工作时，在空间上无需切换馈源即可实现复用，节省了切换时间。

优选ka端口10与网络公共口同轴，四个ku端口11位于分波器2的周壁上；

第二支路段13与第二接收段平行，第二连接段12与第二支路段13垂直；第一支路段16与第一发射段平行，第一连接段15与第一支路段16垂直；

两个第一支路端口、两个第二支路端口对应连接四个ku端口11；

ka波段组件贯穿ku波段收发组件。

优选ka波段组件包括：单路旋转关节5、圆波导6、圆极化器7和双工器8；

单路旋转关节5的一端与ka端口10连接，另一端与圆波导6的一端连接；

圆极化器7用于完成线极化波和圆极化波之间的转化，圆极化器7与圆波导6的另一端连接；

双工器8的公共口与圆极化器7连接。

优选圆极化器7和圆波导6通过法兰盘连接，圆极化器7与双工器8通过法兰盘连接。

如图6所示，优选双工器8包括：水平波导管、竖直波导管，水平波导管的截面为环形，竖直波导管的截面为方框形，水平波导管和竖直波导管相贯设置；

水平波导管的两端设有方形法兰，竖直波导管的端部与圆极化器7通过法兰盘连接。本实施例优选水平波导管由第一水平波导段和第二水平波导段组成，第一水平波导段和第二水平波导段通过方形法兰连接，第一水平波导段或第二水平波导段与竖直波导管相贯设置。

本实施例的ku波段收发组件，包括ku发射器3和ku接收器4，ku发射器3具有一个发射公共端口17和两个相对的第一支路端口，ku接收器4具有一个接收公共端口14和两个相对的第二支路端口；

部分ku发射器3放置在ku接收器4的两个第二支路之间，或者部分ku接收器4放置在ku发射器3的两个第一支路之间，使得ku发射器3的安装方向与ku接收器4的安装方向垂直；

第一支路端口和第二支路端口在方向上相互正交。

本实施例的第一支路端口对ku发射信号呈现直通特性，第二支路端口对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号呈现阻带抑制特性，对ku发射信号的抑制提高了ku收发之间的隔离度。

优选ku发射器3由两个第一支路段16、一个第一发射段、一个第一连接段15组成，第一连接段15的两个端部与两个第一支路段16连接，第一连接段15的中部与第一发射段连接，两个第一支路段16的端部设有第一支路端口。本实施例的ku发射器3为三端口器件，包括一个作为ku发射功分器的第一发射段及连接段和两个作为发射端低通滤波器的第一支路段16组成，发射端低通滤波器为反射式滤波器，它对ku发射信号呈现直通特性，对其他收发信号呈现阻带抑制特性，通过第一发射端口与分波器2相连。

优选ku接收器4由两个第二支路段13、一个第二接收段、一个第二连接段12组成，第二连接段12的两个端部与两个第二支路段13连接，第二连接段12的中部与第一接收段连接，两个第二支路段13的端部设有第二支路端口。本实施例的ku接收器4为三端口器件，包括一个作为ku接收功分器的第二接收段及第二连接段12、两个作为接收端低通滤波器的第二支路段13，接收端低通滤波器对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号和其他收发信号均呈现阻带抑制特性，对ku发射信号的抑制提高了ku收发之间的隔离度，同时无需单独再加滤波器，结构上更加简单紧凑，由于阻带达到2.5倍频程，需选择高次谐波滤波器；两个低通滤波器通过接收功分器合成，并过渡为bj120标准口输出。

优选第二支路段13与第二接收段平行，第二连接段12与第二支路段13垂直；

第一支路段16与第一发射段平行，第一连接段15与第一支路段16垂直。

优选发射公共端口17设置在第一发射段的端部，接收公共端口14设置在第二接收段的端部。

实施例3：

在实施例1和实施例2的基础上，本实施例的第一频段信号为ku信号，第二频段信号为ka信号。

如图1-图5所示，双频段复用天线的馈源网络，馈源网络包括馈源喇叭1、分波器2、ku发射子系统、ku接收子系统、ka单路旋转关节、ka连接波导、ka圆极化器和ka双工器等组成。本实施例公开了双频段复用天线的馈源网络，馈源网络包括双频共用喇叭、分波器、ku发射网络、ku接收网络、ka单路旋转关节、ka圆极化器和ka双工器组合而成。分波器用于将ka信号通道和ku信号通道分离开来，其中ka信号通过中心轴通道，ku信号通过四个侧壁进行耦合分离再合成。四个侧壁中两个用于ku的接收通道，另外两个用于ku发射通道。本实施例结构简单紧凑，无需空间切换馈源，可靠性高，性能稳定，并且可实现两种频段同时工作状态。

分波器2为六端口器件，其中网络公共口与馈源喇叭1相连，ka口10用于传输ka信号、同时截止ku信号；接收端口ⅰ、发射端口ⅰ、接收端口ⅱ、发射端口ⅱ为四个相位相等且方向相互正交的端口，用于耦合传输ku信号，同时抑制ka信号。接收端口ⅰ、接收端口ⅱ为ku接收信号，发射端口ⅰ、发射端口ⅱ为ku发射信号，ku收发信号相互正交，实现ku收发信号的正交隔离（四个端口等同，同一直线上的可两两作为接收和发射使用，结构上的正交保证了ku收发信号相互正交，实现ku收发信号的正交隔离）。分波器用于将ka信号通道和ku信号通道分离开来，其中ka信号通过中心轴通道，ku信号通过四个侧壁进行耦合分离再合成。分波器为六端口器件，其中网络公共口与馈源喇叭相连，ka口用于传输ka信号，同时截止ku信号；侧壁四个端口为四个相位相等且方向相互正交的端口，用于耦合传输ku信号，同时抑制ka信号。

ku发射子系统为三端口器件，包括一个第一连接段（ku发射功分器）和两个第一支路段（发射端低通滤波器），第一支路段（发射端低通滤波器）为反射式滤波器，它对ku发射信号呈现直通特性，对ka收发信号呈现阻带抑制特性，ku发射公共端口通过发射功分器与两滤波器通道实现分路，通过两支路端口与分波器相连。ku发射子系统包括两个ku发射端低通滤波器和ku发射功分器；ku发射端低通滤波器对ku发射信号呈现直通特性，对ka收发信号呈现阻带抑制特性。

ku接收子系统为三端口器件，包括一个ku接收功分器（第二连接段）和两个接收端低通滤波器（第二支路段），接收端低通滤波器（第二支路段）对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号和ka收发信号均呈现阻带抑制特性，对ku发射信号的抑制提高了ku收发之间的隔离度，同时无需单独再加滤波器，结构上更加简单紧凑，由于阻带达到2.5倍频程，需选择高次谐波滤波器；两滤波器通道通过接收功分器（即第二连接段）合成，并过渡为bj120标准口输出，即ku接收公共口（接收公共端口），通过两支路端口与分波器相连。ku接收子系统包括一个ku接收功分器和两个接收端低通滤波器，接收端低通滤波器对ku接收信号呈现直通特性，对ku发射信号和ka收发信号均呈现阻带抑制特性。

ku发射子系统和ku接收子系统，收发信号通过分波器连接，空间上相互正交。由于ka频段距离较远，达到2.5倍频程，发射端低通滤波器和接收端低通滤波器可选择一级或多级滤波器实现。

ka单路旋转关节为双端口器件，其转子部分与分波器相连，固定部分与ka圆波导相连，ka接收端口为bj220标准波导口，ka发射端口为bj320标准波导口，收发端口正交，且收发之间通过正交隔离和ka阻发滤波器实现收发之间的高隔离度。ka单路旋转关节保证当旋转关节以上部分旋转时旋转关节以下部分保持固定不动。

ka圆波导为普通圆波导，连接ka单路旋转关节和ka圆极化器，其长度根据空间结构进行调整。

ka圆极化器为双端口器件，完成线极化波和圆极化波之间的转化，根据结构空间可选择介质片圆极化器、波纹波导圆极化器等形式的圆极化器。

ka双工器为三端口器件，其公共口与ka圆极化器相接，ka接收端口为bj220标准波导口，ka发射口为bj320标准波导口，收发端口正交，且收发之间通过正交隔离和ka阻发滤波器实现收发之间的高隔离度；

ku/ka双频段复用馈源网络的ku通道部分包括共馈喇叭、分波器、ku发射网络和ku接收网络，其ku收发端口均为bj120标准波导口；ka通道部分包括共馈喇叭、分波器、ka旋转关节、圆波导、ka圆极化器和ka双工器，其发射端口为bj320标准波导口，接收端口为bj220标准波导口。

馈源网络通过步进电机带动ku通道部分及将与接收端口连接的kulnb绕中心轴共同旋转变极化，实现ku收发信号的极化跟踪，而旋转关节以下ka通道部分固定不动。

当本实施例ku/ka双频段复用馈源网络接入动中通系统中使用时，整个馈源网络置于反射面天线前面，ka发射端口与ka发射功放连接，ka接收端口与kalnb连接，ku发射端口通过串接一单路ku旋转关节后与ku发射功放连接，ku接收端口直接与kulnb连接，kulnb同样前置于反射面天线前面。由步进电机带动ku通道部分及kulnb共同旋转，而旋转关节以下ka通道部分固定不动。

当通信系统工作于ka频段，发射时，从ka功放发出的ka线极化波通过圆极化器后变为圆极化波，经过ka通道最终通过共馈喇叭进行辐射；接收时，从空间进入共馈喇叭圆极化电磁波经过ka通道，经圆极化器后变为线极化波，再经ka双工器接收端口输出给kalnb。ka收发之间的隔离度由ka双工器进行保证，通常可达到90db以上。

当通信系统工作于ku频段，驱动电机带动ku通道部分和kulnb旋转，使其绕中心轴作定轴圆周运动，而旋转关节以下ka通道部分固定不动，当达到与信标信号的极化匹配时，实现ku收发信号的极化跟踪。发射时，从ku功放发出的ku线极化波通过ku发射通道，耦合进入分波器后，通过共馈喇叭进行辐射；接收时，从空间进入共馈喇叭的另一正交的线极化电磁波经过分波器耦合进入ku接收通道后，经ku接收端口输入给kulnb。ku收发之间的隔离度由分波器的正交隔离和ku接收通道滤波器进行保证，通常可达到90db以上。当有更高隔离度要求时，还可通过在ku接收通道中串接阻发滤波器实现。

ku通道对ka信号的隔离通过分波器和ku通道之间的低通滤波器的高频抑制特性进行保证，ka通道对ku信号的隔离通过波导对低频电磁波的截止特性来保证。通路之间有80db以上的隔离，两信号通路间互不影响。可用于实现双频同时工作。

本实施例的双频段复用天线的馈源网络具有以下优点：

1、馈源网络体积小，置于反射面天线前面使用时，所引起的馈源遮挡小，不影响反射面天线的利用效率。

2、当两个频段工作切换工作时，空间上无需切换馈源即可实现复用，节省了切换时间，并且可以实现ku/ka两个频段同时工作。

3、分波器ku耦合端口的空间正交性，保证了ku频段收发线极化信号的交叉极化好，交叉极化优于50db。

4、馈源网络结构紧凑，整齐美观，插入损耗低。

5、无需空间切换，节约了成本，同时提高了系统的可靠性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。