波导正交模转换器

1.本发明属于电磁场与微波技术领域，具体而言，是涉及一种波导正交模转换器。


背景技术：

2.波导正交模转换器是用于合成或分离两个相互正交的电磁波信号的三端口无源器件，三个端口包括一个公共端口和两个独立端口，在公共端口传输两个正交的线极化波，在两个独立端口分别传输每个极化方向上的波，两个独立端口之间相互隔离，两个线极化波之间相互隔离。因波导正交模转换器可以同时独立传输两个相互正交的线极化波，它可以作为双极化波导天线的后端，在卫星通信系统中充当关键角色，可以提高星地通信系统的信道复用能力和通信链路的收发带宽。波导正交模转换器根据功能结构的特点主要分为三大类：侧臂型(sidearm)、十字结型(turnstile)和结型，其中，侧臂型的结构最简单，但难以实现宽带的射频性能，而十字结型(turnstile)和结型能够实现宽带的射频性能，它们的核心功能结构包括极化分离器和功率合成器，并通过多段渐变的弯曲波导实现腔体结构的连通。
3.传统技术中，波导正交模转换器根据应用频段和尺寸要求通常采用计算机数控(cnc)铣或微加工工艺制造，这些加工工艺可以实现较高的精度，但在制造复杂结构时局限性较大。一个复杂的波导正交模转换器往往需要拆分成多个部件分别加工，再进行拼接装配，由加工误差带来的装配部件之间的间隙和其它不连续性结构会造成射频性能的恶化；同时，由于传统波导正交模转换器的冗余结构材料多，装配紧固件多，器件重量大，不利于通信系统的轻量化和小型化。
4.波导正交模转换器一种可选的替代加工方案是增材制造技术，即3-d打印。虽然传统的波导正交模转换器可以采用3-d打印工艺制造成型，但是波导正交模转换器的传统结构和3-d打印工艺之间存在显著的矛盾，两者兼容性差，具体表现在以下几个方面：(1)具有内腔的波导正交模转换器难以一体化3-d 打印成型；(2)内腔中的悬挂结构在3-d打印过程中需要支撑，但内腔中的支撑结构在工艺结束后难以去除；(3)内腔中的膜片等微细结构容易形变；(4) 由3-d打印材料和工艺本身造成的形变对波导正交模转换器的射频性能影响较大；(5)波导正交模转换器的阶梯波导渐变等不连续性结构，3-d打印成型后表面质量差，容易出现破损和打印材料残留等问题。例如，传统turnstile十字结的四个极化分离端口(矩形波导)与公共端口(方波导或圆波导)在电磁波的传播方向上相互垂直，用3-d打印工艺加工前必须选择合适的打印成型方向，以保证波导正交模转换器的成型不需要任何内部支撑，通常这种成型方向需要将波导正交模转换器倾斜一个角度，倾斜打印波导正交模转换器将导致其内部的极化分离和阻抗匹配使能结构在成型后产生形变，破坏了使能结构的对称性，导致波导正交模转换器的反射性能和隔离度恶化。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种波导正交模转换器，以解决现有技术中存在的波导正
交模转换器采用3-d打印工艺制造时内腔需要支撑及容易变形等技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种波导正交模转换器，包括金属壳体，所述金属壳体包括极化分离器、两组弯曲波导及两个功率合成器；两组所述弯曲波导分别连接于所述极化分离器与两个所述功率合成器之间，所述极化分离器用于将同一波导内同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相信号，两组所述弯曲波导分别用于将极化分离的信号传输到功率合成器，所述功率合成器用于将每个所述极化方向上的两路等幅反相的信号合成为一路；所述金属壳体还具有内腔，所述内腔分别贯穿所述极化分离器、两组所述弯曲波导及两个所述功率合成器，所述内腔由平滑且连续的曲面围合形成。
7.在一种可能的设计中，每组所述弯曲波导包括两个分别用于传输每个极化方向上两路等幅反相信号的弯曲波导；所述金属壳体的内腔沿垂直于所述线极化波的传输方向的截面为第一截面，所述金属壳体中，至少所述弯曲波导内腔沿所述第一截面的轮廓为对称闭合曲线，所述第一截面垂直于所述线极化波的传输方向；所述对称闭合曲线沿所述第一截面的两个相互垂直的方向上均为对称结构，且所述对称闭合曲线沿所述第一截面的两个相互垂直的方向上的最大长度不同。
8.在一种可能的设计中，所述对称闭合曲线呈椭圆形。
9.在一种可能的设计中，所述极化分离器包括主波导、极化分离腔体及两组分波导，所述主波导与所述极化分离腔体一侧连通，两组所述分波导分别与所述极化分离腔体另一侧连通；所述极化分离腔体用于将所述主波导中同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相的信号，并分别通过两组所述分波导传输至两组弯曲波导；
10.其中，所述极化分离器沿两个所述极化方向上均为轴对称结构；
11.和/或，所述极化分离器为旋转对称结构。
12.在一种可能的设计中，所述分波导的中轴线与所述主波导的中轴线的夹角在90度至150度之间；
13.和/或，两组所述分波导的中轴面相互垂直。
14.在一种可能的设计中，所述极化分离腔体的底部中心具有用于极化分离和阻抗匹配的塑形圆台。
15.在一种可能的设计中，所述塑形圆台沿垂直于所述主波导中轴线的第二截面均为圆形，所述塑形圆台包括多个圆体结构，多个所述圆体结构从下至上依次连续堆叠，多个所述圆体结构的所述第二截面面积自下向上呈减少的趋势，且至少有一个位于中间的所述圆体结构呈圆台状。
16.在一种可能的设计中，所述功率合成器包括两个连接波导及结合波导，两个所述连接波导与所述结合波导呈y形连接，所述功率合成器为对称结构。
17.在一种可能的设计中，两个所述连接波导的中轴线分别与所述结合波导的中轴线的夹角在90度至150度之间；
18.和/或，两个所述功率合成器的中轴线的夹角在0度至90度之间；
19.和/或，至少一个所述功率合成器的中轴线与所述极化分离器的中轴线重合。
20.在一种可能的设计中，两个所述连接波导的内部交汇处末端中心形成有曲面缺
口。
21.在一种可能的设计中，所述极化分离器远离所述功率合成器的一端及两个所述功率合成器远离所述极化分离器的一端均设有波导法兰盘；
22.所述极化分离器与所述波导法兰盘之间以及所述功率合成器与所述波导法兰盘之间通过过渡波导连通。
23.本发明提供的波导正交模转换器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的波导正交模转换器通过将金属壳体的内腔设计为由平滑且连续的曲面围合形成，使金属壳体的内部无任何突变的不连续性结构，完全融合了3-d打印的工艺原理，金属壳体和3-d打印工艺的兼容性极高，提高了采用3-d打印工艺一体化制造波导正交模转换器的可靠性。特别地，极化分离器和功率合成器经过塑形，使金属壳体在使用最少支撑结构的情况下更容易一体化制造成型，使腔体成型时关键结构的对称性不被破坏，减小了腔体形变对射频性能的恶化，同时减小了腔壁在3-d打印过程中破损和坍塌的风险，形成了平滑连续的曲面轮廓，有助于减小表面粗糙度带来的射频损耗。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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它的附图。
25.图1为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的立体结构图，其中，图1(a)为用于垂直极化方向射频测量的立体结构图，图1(b)为用于水平极化方向射频测量的立体结构图；
26.图2为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的另一个方向上的立体结构图；
27.图3为图2中波导正交模转换器沿中心平面y—y的立体剖面视图；
28.图4为图2中波导正交模转换器沿中心平面x—x的立体剖面视图；
29.图5为图3虚线框(区域a)中极化分离器的塑形圆台的局部放大视图；
30.图6为图4虚线框(区域c)中极化分离器的塑形圆台的局部放大视图；
31.图7为图3虚线框(区域b)中功率合成器的“拱门形”腔壁的局部放大视图；
32.图8为图4虚线框(区域d)中功率合成器的“拱门形”腔壁的局部放大视图；
33.图9为图1中极化分离器、第一过渡波导及第一波导法兰盘的立体示意图；
34.图10为图1中功率合成器、第二过渡波导及第二波导法兰盘的立体示意图；
35.图11为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的极化分离器的仿真的散射参数曲线图；
36.图12为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的功率合成器的仿真的散射参数曲线图；
37.图13为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的过渡波导的仿真的散射参数曲线图，其中图13(a)为第一过渡波导的仿真的散射参数曲线图，图 13(b)为第二过渡波导的仿真的散射参数曲线图；
38.图14为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(不含第一过渡波导) 的空气腔模型的仿真的散射参数曲线图；
39.图15(a)为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导) 在垂直极化方向的仿真和测量的散射参数(s
v11
和s
v21
)曲线图；
40.图15(b)为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导) 在水平极化方向的仿真和测量的散射参数(s
h11
和s
h31
)曲线图；
41.图15(c)为图15(a)和图15(b)中传输系数s
v21
和s
h31
的拉近视图；
42.图15(d)为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导) 的仿真和测量的s
v31
、s
h21
和s
23
参数曲线图，表征了该器件的极化隔离度和端口隔离度。
43.其中，图中各附图标记：
44.1、金属壳体；10、极化分离器；11、主波导；12、极化分离腔体；13、分波导；15、第二端口；16、塑形圆台；161、半球顶面；162、小圆柱；163、高圆台；164、扁圆台；165、扁圆柱；20、弯曲波导；30、功率合成器；31、连接波导；32、结合波导；33、第三端口；35、“拱门形”腔壁；36、曲面缺口； 40、第一过渡波导；50、第二过渡波导；60、第一波导法兰盘；61、矩形波导端口；62、通孔；70、第二波导法兰盘。
具体实施方式
45.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
47.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.在本发明实施例的描述中，所给出的结构尺寸为优选参数，参照本发明实施例，可以修改各个部件的尺寸参数进一步得到实际所需的性能。
50.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的立体结构图，其中，图1(a)为用于垂直极化方向射频测量的立体结构图，图1(b)为用于水平极化方向射频测量的立体结构图；波导正交模转换器包括金属壳体1，金属壳体1包括极化分离器10、两组弯曲波导20及两个功率合成器30；两组弯曲波导20分别连接于极化分离器10与两个功率合成器30之间，极化分离器 10用于将同一波导内同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相信号，两组弯曲波导20分别用于将极化分离的信号传
输到功率合成器30，功率合成器30用于将每个极化方向上的两路等幅反相的信号合成为一路；弯曲波导20与极化分离器10之间平滑连续连接，弯曲波导20 与功率合成器30之间平滑连续连接。金属壳体1还具有内腔，内腔分别贯穿极化分离器10、两组弯曲波导20及两个功率合成器30，内腔由平滑且连续的曲面围合形成。综上所述，金属壳体1的内部不存在任何突变的不连续性结构，其内腔轮廓为平滑曲面。
51.本发明实施例提供的波导正交模转换器，通过将金属壳体1的内腔设计为由平滑且连续的曲面围合形成，使得金属壳体1的内部无任何突变的不连续性结构，完全融合了3-d打印的工艺原理，金属壳体1和3-d打印工艺的兼容性极高，提高了采用3-d打印工艺一体化制造波导正交模转换器的可靠性。特别地，极化分离器10及功率合成器30经过塑形，使得金属壳体1在使用最少支撑结构的情况下更容易一体化制造成型，使腔体成型时关键结构对称性不被破坏，减小了腔体形变对射频性能的恶化，同时减小了腔壁在3-d打印过程中破损和坍塌的风险，形成的平滑连续的曲面轮廓还有助于减小表面粗糙度带来的射频损耗。
52.在一个实施例中，请参阅图1，每组弯曲波导20包括两个弯曲波导20，两个弯曲波导20相对设置，两个弯曲波导20分别用于传输每个极化方向上的两路等幅反相信号。金属壳体1的内腔沿垂直于线极化波的传输方向的截面为第一截面，金属壳体1中，至少弯曲波导20的内腔沿第一截面的轮廓为对称闭合曲线。对称闭合曲线沿第一截面的两个相互垂直的方向上均为对称结构，且对称闭合曲线沿第一截面的两个相互垂直的方向上的最大长度不相同。
53.需要说明的是，至少弯曲波导20的内腔沿第一截面的轮廓为对称闭合曲线，是指可以是四个弯曲波导20的第一截面为对称闭合曲线，也可以是四个弯曲波导20、极化分离器10中非突变部分以及功率合成器30中非突变部分均为对称闭合曲线。
54.优选地，对称闭合曲线呈椭圆形，这样在保证宽带射频性能的同时将传统矩形截面的金属壳体转换成由平滑曲线连续连接而成的金属壳体1，使得壳体结构对3-d打印工艺的兼容性显著提高。需要理解到，在本发明的其它实施例中，上述对称闭合曲线可以是多种截面尺寸的椭圆曲线，也可以是满足电磁波在波导中传输的其它对称闭合曲线，此处不做特别限定。
55.在一个实施例中，请参阅图1，极化分离器10远离功率合成器30的一端及两个功率合成器30远离极化分离器10的一端均设有波导法兰盘。具体地，为了便于后续描述，将不同的波导法兰盘进行区分，例如，极化分离器10远离功率合成器30的一端设有第一波导法兰盘60，两个功率合成器30远离极化分离器10的一端均设有第二波导法兰盘70。波导法兰盘开设有矩形波导端口61 和用于与外电路装配连接的通孔62。
56.在一个实施例中，请参阅图1，极化分离器10与波导法兰盘之间以及功率合成器30与波导法兰盘之间通过过渡波导连通。具体地，极化分离器10与第一波导法兰盘60之间通过第一过渡波导40连通，功率合成器30与第二波导法兰盘70之间通过第二过渡波导50连通。
57.在一个实施例中，请参阅图1至图6以及图9，图2为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的另一个方向上的立体结构图，图3为图2中波导正交模转换器沿中心平面y—y的立体剖面视图，图4为图2中波导正交模转换器沿中心平面x—x的立体剖面视图，图5为图3虚线框(区域a)中极化分离器的塑形圆台的局部放大视图，图6为图3虚线框(区域c)
中极化分离器的塑形圆台的局部放大视图，图9为图1中极化分离器、第一过渡波导及第一波导法兰盘的立体示意图。极化分离器10的功能是将同一波导内同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相信号。极化分离器10包括主波导11、极化分离腔体12及两组分波导13，主波导11与极化分离腔体12一侧连通，两组分波导13分别与极化分离腔体12另一侧连通。极化分离腔体12用于将主波导11中同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相的信号，并分别通过两组分波导13传输至两组弯曲波导20。每组分波导13包括两个相对设置的分波导13，每组弯曲波导 20包括两个相对设置的弯曲波导20，四个分波导13分别与极化分离腔体12 的另一侧连通，四个弯曲波导20与四个分波导13一一对应连通。
58.其中，极化分离器10沿两个极化方向上均为轴对称结构，且极化分离器 10为旋转对称结构，即四个分波导13沿周向均匀分布于极化分离腔体12的另一侧，对称的结构设计使得电磁波的极化方向在极化分离过程中保持正交，使极化隔离度维持在一个较高的水平。
59.优选地，四个分波导13的中轴线与主波导11的中轴线呈135度夹角。可以理解到，在本发明的其它实施例中，上述分波导13的中轴线可以与主波导 11的中轴线呈90度至150度之间任意夹角，此处不做特别限定。两组分波导 13的中轴面相互垂直，使垂直和水平两个极化方向的信号分别独立传输互不影响。
60.极化分离器10具有五个端口，分别为主波导11远离分波导13的第一端口 (图中未标识)以及分波导13远离主波导11的四个第二端口15。第一端口呈圆形，第一波导法兰盘60的矩形波导端口61呈矩形，第一过渡波导40为第一截面由矩形逐渐变化至圆形的过渡结构，第一过渡波导40为双向对称结构，且第一过渡波导40的内表面为平滑曲面。
61.主波导11的第一截面为圆形，极化分离器10的第一截面也为圆形，且口径逐渐增大，以便于四个分波导13的划分。四个分波导13的第一截面呈椭圆形，四个第二端口15呈椭圆形，且四个分波导13的第一截面尺寸与四个弯曲波导20的第一截面尺寸相同。
62.在一个实施例中，极化分离器10是基于椭圆波导架构将传统波导十字结塑形设计得到，极化分离腔体12由一个圆台腔和一个圆柱腔堆叠而成，极化分离腔体12的底部中心具有塑形圆台16，塑形圆台16用于极化分离和阻抗匹配，即同步传输的两个相互正交的线极化波被塑形圆台16分离为垂直和水平两个极化方向的信号，且在每个极化方向上进行两路等功率分配。
63.具体地，塑形圆台16沿垂直于主波导11中轴线的第二截面均为圆形，塑形圆台16包括多个圆体结构，多个圆体结构从下至上依次连续堆叠，多个圆体结构的第二截面面积自下向上呈减少的趋势，且至少有一个位于中间的圆体结构呈圆台状。综上所述，塑形圆台16整体为自下向上的圆形收缩结构，如此设计使极化分离腔体12的内表面呈连续平滑的曲面，高度兼容3-d打印工艺，同时也利于垂直和水平两个极化方向上的信号的分离和分配。
64.优选地，请参阅图6，塑形圆台16包括五个圆体结构，五个圆体结构由下至上依次堆叠，具体为：一个扁圆柱165、一个扁圆台164、一个高圆台163、一个小圆柱162和一个半球顶面161，其中，扁圆台164的底端外径与扁圆柱 165的外径相等，扁圆台164的顶端外径与高圆台163的底端外径相等，高圆台163的顶端外径与小圆柱162的外径相等，半球顶面161的半径与小圆柱162 的半径相等。可以理解到，在本发明的其它实施例中，根据设计指标要
求，上述圆体结构的数量也可以是一个、两个、三个或三个以上，此处不做特别限定。
65.在一个实施例中，请参阅图10，图10为图1中功率合成器、第二过渡波导及第二波导法兰盘的立体示意图。功率合成器30用于将每个极化方向上的两路等幅反相信号重新合成为一路。功率合成器30包括两个连接波导31和一个结合波导32，两个连接波导31与结合波导32呈y形连接，功率合成器30为对称结构。
66.具体地，功率合成器30包含两个第三端口33和一个第四端口(图中未标识)，两个第三端口33分别与两个弯曲波导20连通，第四端口通过第二过渡波导50连通至第二波导法兰盘70的矩形波导端口61。两个第三端口33和一个第四端口的形状均为椭圆形，且第三端口33的椭圆轮廓尺寸与弯曲波导20的椭圆轮廓尺寸相同。第二过渡波导50为椭圆截面向矩形截面渐变的双向对称结构，且第二过渡波导50的内表面为平滑曲面。
67.优选地，两个连接波导31的中轴线分别与结合波导32的中轴线呈135度夹角。可以理解到，在本发明的其它实施例中，上述两个连接波导31的中轴线可以与结合波导32的中轴线呈90度至150度之间任意夹角，此处不做特别限定。
68.优选地，两个功率合成器30的中轴线呈45度夹角。可以理解到，在本发明的其它实施例中，两个功率合成器30的中轴线可以呈0度至90度之间任意夹角，此处不做特别限定。
69.至少一个功率合成器30的中轴线与极化分离器10的中轴线重合。优选地，在本实施例中，一个功率合成器30的中轴线与极化分离器10的中轴线重合，另一个功率合成器30的中轴线与极化分离器10的中轴线呈45度夹角。
70.在一个实施例中，请参阅图2、图4、图7和图8，图7为图4虚线框(区域b)中功率合成器的“拱门形”腔壁的局部放大视图，图8为图4虚线框(区域d)中功率合成器的“拱门形”腔壁的局部放大视图。功率合成器30的两个连接波导31的内部交汇处末端中心形成有曲面缺口36。具体地，两段连接波导31交叠形成了“拱门形”腔壁35，为了进一步减小“拱门形”腔壁35在3-d 打印过程中破损和坍塌的风险，在不影响功率合成器30射频性能的前提下，在“拱门形”腔壁35的顶端对称地挖去了一小段圆柱，并对挖去后的腔体棱边做圆角化处理，形成曲面缺口36。
71.在一个实施例中，请参阅图1，第一过渡波导40的中轴线与极化分离器10 的中轴线共线设置，矩形波导端口61的主模电场方向与极化分离器10中的一个线极化波的电场方向平行，并与另一个线极化波的电场方向垂直。
72.在一个实施例中，第一端口处的两个正交的线极化波在经过极化分离器10 之后，在每个极化方向上均被等功分为两路反相信号，其中，上下两路弯曲波导20分别传输半功率的垂直极化波，左右两路弯曲波导20分别传输半功率的水平极化波。上下两路信号经过上下两路弯曲波导20传输，再经过功率合成器 30重新合为一路垂直极化波，并由水平方向的第二过渡波导50输出到第二波导法兰盘70的矩形波导端口61；左右两路信号经过左右两路弯曲波导20传输，再经过功率合成器30重新合为一路水平极化波，并由斜45度方向的第二过渡波导50输出到第二波导法兰盘70的矩形波导端口61。
73.当采用如图1(a)所示的第一过渡波导40设置时，在第一端口处只能激励起垂直极化波，由水平方向的第二波导法兰盘70的矩形波导端口61输出，斜45 度方向的第二波导法兰盘70的矩形波导端口61隔离；当采用如图1(b)所示的第一过渡波导40设置时，在第一端口处只能激励起水平极化波，由斜45度方向的第二波导法兰盘70的矩形波导端口61输出，
水平方向的第二波导法兰盘 70的矩形波导端口61隔离；水平方向和斜45度方向的第二波导法兰盘70的矩形波导端口61始终保持相互隔离。为了获得较高的隔离度，极化分离器10 和第一过渡波导40必须对称且中轴线共线设置。为了确保等功分的两路垂直 (或水平)极化信号的传输相位一致，极化分离器10的输入端与功率合成器 30的输出端之间的所有结构必须关于中轴线所在yoz平面对称设置，且至少其中一个功率合成器30的中轴线与极化分离器10的中轴线共线设置。两个功率合成器30的中轴线可以呈0度至90度之间任意夹角，在图1和图2的实施例中，这个夹角为45度。所有第一波导法兰盘60、矩形波导端口61、通孔62 和第二波导法兰盘70的尺寸均为国标代码bj320标准中的波导法兰盘尺寸。
74.请参阅图11，图11为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的极化分离器10的仿真的散射参数曲线图。在第一端口进行垂直(或水平)极化激励，主波导11的第一端口和分波导13的第二端口15的反射系数在28.8
–
40ghz均小于-20db，在ka全频段均小于-13db，任一极化方向下的传输系数曲线均呈现较为理想的-3-db等功分响应。
75.请参阅图12，图12为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的功率合成器30的仿真的散射参数曲线图。功率合成器30的三个端口的反射系数均小于-22db，传输系数曲线呈现较为理想的-3-db等功分响应。
76.请参阅图13，图13为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器的过渡波导的仿真的散射参数曲线图，其中图13(a)为第一过渡波导40的仿真的散射参数曲线图，图13(b)为第二过渡波导50的仿真的散射参数曲线图。两种过渡波导的端口反射系数均小于-20db，说明引入这些过渡波导对波导正交模转换器本身的传输性能影响很小。
77.请参阅图14，图14为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(不含第一过渡波导40)的空气腔模型的仿真的散射参数曲线图。在ka全频段，在垂直极化方向，端口反射系数小于-14db，传输损耗小于0.1db，极化隔离度大于60db，端口隔离度大于60db；在水平极化方向，端口反射系数小于-15db，传输损耗小于0.1db，极化隔离度大于60db，端口隔离度大于55db。
78.为了验证本发明提供的一种波导正交模转换器具备优越的射频性能，对本发明实施例中的波导正交模转换器进行了全波电磁仿真、加工和射频测量。该器件采用光敏树脂作为结构材料使用多喷头喷墨工艺一体化3-d打印成型，打印成型的方向为图2所示的竖直方向。打印结束之后，模型内外的介质支撑全部可以升温熔化去除，去除支撑的过程不会损伤器件本身的结构，因此，模型的一体化成型不受支撑的生成位置和数量的制约。最后，对模型进行打磨和清洗，并对模型整个表面进行镀铜，得到最终的器件。
79.请参阅图15(a)至图15(d)，图15(a)为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导40)在垂直极化方向的仿真和测量的散射参数(s
v11
和s
v21
)曲线图，图15(b)为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导40)在水平极化方向的仿真和测量的散射参数(s
h11
和s
h31
)曲线图，图15(c)为图15(a)和图15(b)中传输系数s
v21
和s
h31
的拉近视图，图15(d) 为本发明实施例提供的一种波导正交模转换器(含第一过渡波导40)的仿真和测量的s
v31
、s
h21
和s
23
参数曲线图，表征了该器件的极化隔离度和端口隔离度。可以看出，在26.5
–
38ghz频率范围内，测量和仿真的散射参数曲线一致吻合，验证了仿真结果的准确性和加工工艺的可靠性，也验证了该波导正交模转换器的优异射频性能。在垂直极化方向，测量的端口反射系数小于-10db，测量的传输损耗小于0.75db，测量的极化隔离
度大于30db，测量的端口隔离度大于 29db；在水平极化方向，测量的端口反射系数小于-10db，测量的传输损耗小于0.75db，测量的极化隔离度大于28db，测量的端口隔离度大于29db。
80.图15(a)至图15(d)中仿真的散射参数曲线对应的波导正交模转换器的部分关键尺寸如下。
81.(1)矩形波导端口61：宽边长度为7.112毫米，窄边长度为3.556毫米；
82.(2)第一过渡波导40：长度为25毫米，圆波导内直径为8.8毫米；
83.(3)塑形圆台16：扁圆柱165的直径为6.232毫米，高度为0.546毫米，扁圆台164的底面直径为6.232毫米，顶面直径为3.262毫米，高度为0.974毫米，高圆台163的底面直径为3.262毫米，顶面直径为1.586毫米，高度为1.614 毫米，小圆柱162的直径为1.586毫米，高度为0.572毫米，半球顶面161的直径为1.586毫米；
84.(4)弯曲波导20：两个弯曲波导20的弯曲角度均为45度，曲率半径均为5毫米；
85.(5)功率合成器30：弯曲波导20的弯曲角度为45度，曲率半径为4.253 毫米，y形结中两个连接波导31的长度为6.735毫米，y形结中结合波导32 的长度为3.088毫米；
86.(6)第二过渡波导50：长度为6毫米，椭圆端口(第四端口)的长轴与短轴长度分别为7.45毫米和3.6毫米。
87.需要再次强调的是，第一，本发明实施例提供的波导正交模转换器融合了 3-d打印的工艺原理进行设计，具有平滑的曲面轮廓，腔体内部不存在任何突变的不连续性结构，该波导正交模转换器可一体化制造成型，且结构对3-d打印工艺的兼容性极高，且可以进一步对第一波导法兰盘60和第二波导法兰盘 70进行塑形，以减小其重量和减少成型过程中支撑材料的使用；第二，按照图 2所示竖直方向打印成型，能够维持极化分离器10的结构对称性，最大程度地减小了3-d打印结构的形变对器件隔离度的恶化。
88.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，第一，所公开的塑形设计方法和典型塑形结构，可以普遍适用到其它类型的微波宽带或窄带器件上。例如，椭圆波导可以广泛应用于功分器、耦合器、魔t和滤波器等无源器件中；塑形圆台16的结构可以进一步优化，或根据其它器件的设计需求重新塑形设计。第二，参与塑形的腔体几何结构和尺寸仅仅是示意性的，在实际应用中，可以根据射频指标、空间大小、电磁波模式分布规律等灵活选择用于塑形的腔体结构。例如，极化分离腔体12的结构可以进一步优化，椭圆波导和过渡波导的尺寸可以根据器件工作频段进行缩放，极化输出端口的朝向可以根据应用需求定制。第三，所公开的塑形结构适用于多种非金属/金属3-d打印工艺和打印材料，结构设计方法的普适性强。
89.以上为对本发明提供的一种波导正交模转换器的描述，对于本领域的技术人员而言，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。