本實用新型涉及一種Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡，特別涉及兩種工作狀態(tài)，分別為Ku頻段收發(fā)線極化工作狀態(tài)和Ku頻段收發(fā)圓極化工作狀態(tài)，屬于反射面天線饋源網(wǎng)絡領域。

背景技術：

在衛(wèi)星通信與測控系統(tǒng)中，反射面天線是不可或缺的重要組成部分，它的性能直接決定了整個衛(wèi)星通信與測控系統(tǒng)的性能。饋源網(wǎng)絡作為反射面天線的核心部件，用于實現(xiàn)反射面天線收發(fā)共用或者極化復用的功能。隨著衛(wèi)星通信與測控技術的發(fā)展，系統(tǒng)經(jīng)常要求反射面天線饋源網(wǎng)絡同時具有收發(fā)共用和極化復用功能，并對其電氣性能、結構形式、可靠性和可維護性等要求越來越高。

目前國內(nèi)外反射面天線的收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡大多采用波導分波頭將接收和發(fā)射頻段信號分開，接收和發(fā)射頻段信號再分別通過波導移相器和正交模耦合器實現(xiàn)水平、垂直線極化或者左、右旋圓極化信號的極化鑒別功能；線圓極化的切換功能是利用直流電機驅(qū)動波導移相器繞饋源網(wǎng)絡軸線做0°～45°的圓周運動實現(xiàn)，在波導移相器兩端連接有圓波導旋轉(zhuǎn)關節(jié)。采用上述結構形式的饋源網(wǎng)絡，雖然原理簡單，技術較成熟，但是由于波導分波頭帶寬較窄，直接影響了饋源網(wǎng)絡的工作帶寬，且整個饋源網(wǎng)絡調(diào)試工作量大，不適合批量生產(chǎn)。同時，由于采用直流電機驅(qū)動波導移相器實現(xiàn)線極化和圓極化之間的切換，機械結構復雜，切換時間長，切換到位率低，可靠性較差。最重要的問題是，由于圓波導旋轉(zhuǎn)關節(jié)的影響，難以實現(xiàn)整個饋源網(wǎng)絡的氣密性，即便采用帶油封的氣密型圓波導旋轉(zhuǎn)關節(jié)，由于油封的磨損和老化，難以實現(xiàn)饋源網(wǎng)絡整個生命周期的氣密性，且更換油封等維護工作較困難。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是：克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種性能優(yōu)良的收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡，它不僅具有較寬的工作頻帶，而且具有結構簡單、電氣性能好、免于調(diào)試等特點，同時，它還滿足線圓極化切換時間快，狀態(tài)穩(wěn)定，可靠性高，氣密性好等要求，適用于高性能反射面天線。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：

提供了一種Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡，其包括，由Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡1和Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡2復合而成，Ku頻段收發(fā)四端 口網(wǎng)絡1的四個輸出端口與Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡復合2的四個輸入端口分別一一對應相連通；

所述Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡2包括發(fā)射單元2a和接收單元2b；

所述的發(fā)射單元2a包括左旋波導開關201和右旋波導開關202，所述的左旋波導開關201和右旋波導開關202的圓極化端口上各接有一移相器，兩個移相器的接收頻段相位差為90°，兩個移相器分別一一對應的連接到一波導魔T207的兩個合成端口上，波導魔T207的H臂端口通過第三U形彎波導208連接到左旋波導開關201的左旋信號接收端，波導魔T207的E臂端口通過第四U形彎波導209連接到右旋波導開關202的右旋信號接收端，在左旋波導開關201和右旋波導開關202的信號收發(fā)端口上各接有第五U形彎波導203；

所述的發(fā)射單元和接收單元的結構相同。

進一步的，所述的Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡1包括門扭式分波頭101、在門扭式分波頭101的四個波導口上分別接有兩個第一U形彎波導102和兩個第二U形彎波導103，兩個第一U形彎波導102相對稱設置，兩個第二U形彎波導103相對稱設置，所述的第一U形彎波導102接到第二寬帶魔T105上，第二U形彎波導103接到第一寬帶魔T104上，第一寬帶魔T位于第二寬帶魔T上方，在第一寬帶魔T上接有波導負載106，第一寬帶魔T104的E臂端口連接到第一雙工器111的公共端口，第二寬帶魔T105接有波導負載106，第二寬帶魔T105的E臂端口連接到第二雙工器112的公共端口。

進一步的，所述的第一寬帶魔T104的E臂端口與-45°扭波導107相連，-45°扭波導107通過相位補償波導109連接到第二雙工器的公共端口，所述的第二寬帶魔T105的E臂端口+45°扭波導108相連，+45°扭波導108通過波導連接到第一雙工器的公共端口。

進一步的，所述的第一雙工器111和第二雙工器112的公共端口相齊平。

進一步的，所述的門扭式分波頭101的中央設有匹配階梯。

進一步的，所述彎波導的匹配結構均為3階臺階形式。

進一步的，在左旋波導開關上接有+45°移相器204，在右旋波導開關接有-45°移相器205。

進一步的，所述的+45°移相器204BJ120為標準矩形波導加載電容膜片結構，-45°移相器205為BJ120標準矩形波導加載電感膜片形式。

進一步的，所述第一寬帶魔T104為扁波導加載金屬匹配圓柱設計形式的寬帶魔T，通過三階階梯過渡到BJ120標準矩形波導接口。

進一步的，所述第一U形彎波導102和第二U形彎波導103的電長度差值等于相位補償波導109的電長度。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果：

(1)本實用新型采用門扭式分波頭和寬帶波導魔T作為信號的分解與合成的主要器件，在接收頻段到發(fā)射頻段整個頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)了良好的阻抗匹配，很好地控制了相位一致性，為減小圓極化信號的軸比創(chuàng)造了有利條件。

(2)本實用新型采用收發(fā)頻率雙工器實現(xiàn)接收信號和發(fā)射信號的分離，接收與發(fā)射頻段之間的隔離度能夠做到95dB以上。

(3)本實用新型采用±45°移相器作為合成圓極化信號的移相器件，工作頻帶寬，并且實現(xiàn)了接收頻段圓極化信號和發(fā)射頻段圓極化信號的分開合成，便于控制移相量，減小圓極化軸比。

(4)本實用新型采用波導開關作為線圓極化切換的關鍵器件，切換迅速，切換到位率高，并且可靠性高，便于維護。

(5)本實用新型具有結構簡單，駐波、差損、交叉極化、圓極化軸比、隔離度等電氣性能優(yōu)良，便于模塊化等優(yōu)點。

(6)本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)整個饋源網(wǎng)絡的氣密性要求。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡的結構圖。

圖3是本實用新型的門扭式分波頭的結構圖。

圖4是本實用新型的寬帶波導魔T的結構圖。

圖5是本實用新型的寬帶波導魔T的A方向剖視圖。

圖6是本實用新型的寬帶波導魔T的B方向剖視圖。

圖7是本實用新型的Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡的結構圖。

圖8是本實用新型的波導開關A狀態(tài)的結構示意圖。

圖9是本實用新型的波導開關B狀態(tài)的結構示意圖

圖10是本實用新型的+45°移相器的結構示意圖。

圖11是本實用新型的-45°移相器的結構示意圖。

圖12是本實用新型的E面彎波導匹配結構示意圖。

圖13是本實用新型的H面彎波導匹配結構示意圖。

附圖標記說明：Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡1、門扭式分波頭101、第一U形彎波導102、第二U形彎波導103、第一寬帶魔T104、第二寬帶魔T105、波導負載106、-45°扭波導107、+45°扭波導108、相位補償波導109、Z形彎波導110、第一雙工器111、第二 雙工器112。

Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡復合2、發(fā)射單元2a、和接收單元2b、左旋波導開關201、和右旋波導開關202、第五U形彎波導203、+45°移相器204、-45°移相器205、波導魔T207、第三U形彎波導208、第四U形彎波導209。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施實例對本實用新型作進一步詳細的描述：

如圖1所示為本實用新型Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡的結構圖，本實用新型Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復用饋源網(wǎng)絡由Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡1和Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡2復合而成。

如圖2所示Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡1包括門扭式分波頭101、第一U形彎波導102、第二U形彎波導103、第一寬帶魔T104、第二寬帶魔T105、波導負載106、-45°扭波導107、+45°扭波導108、相位補償波導109、Z形彎波導110、第一雙工器111、第二雙工器112組成,門扭式分波頭101如圖3所示為5端口分波器件,其圓波導端口為公共端口,4個輸出端口為BJ120標準矩形波導接口，且呈十字結構分布，門扭式分波頭101的匹配結構為兩階圓臺結構，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，駐波小于1.12，在門扭式分波頭101的四個波導口上分別接有兩個第一U形彎波導102和兩個第二U形彎波導103，兩個第一U形彎波導102相對稱設置，兩個第二U形彎波導103相對稱設置,兩個第一U形彎波導102所在平面與兩個第二U形彎波導103所在平面相正交，所述的第一U形彎波導102接到第二寬帶魔T105上，第二U形彎波導103接到第一寬帶魔T104上，第一寬帶魔T位于第二寬帶魔T上方，第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105接有波導負載106，在第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105的E臂端口可以分別得到兩個頻率范圍10.7GHz～14.5GHz的極化相互正交的信號，在第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105的H臂端口分別連接一個波導負載105用于吸收由于相位不一致性激勵的反極化信號，寬帶波導魔T104的外形結構和內(nèi)部剖視圖如圖4圖5圖6所示，由于采用寬帶設計原理，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，寬帶波導魔T104的E臂端口和H臂端口駐波均小于1.15，端口隔離度優(yōu)于40dB。第一寬帶魔T的E臂端口與-45°扭波導相連，-45°扭波導107通過相位補償波導109連接到第二雙工器的公共端口，所述的第二寬帶魔T105的E臂端口與+45°扭波導108相連，+45°扭波導108通過波導連接到第一雙工器的公共端口，第一雙工器111和第二雙工器112的公共端口相齊平。

第一寬帶波導魔T104的E臂端口輸出的極化信號再分別經(jīng)由順序連接的-45°扭波導107、Z形彎波導110、、進入第一雙工器111，收、發(fā)兩個頻段信號分 離，實現(xiàn)收發(fā)共用功能。

第二寬帶波導魔T105的E臂端口輸出的極化信號再分別經(jīng)由順序連接的-45°扭波導107、相位補償波導109、Z形彎波導110進入第二收發(fā)頻率雙工器112，收、發(fā)兩個頻段信號分離，實現(xiàn)收發(fā)共用功能。

所述第一U形彎波導102和第二U形彎波導103的電長度差值等于相位補償波導109的電長度。

為保證信號等相，-45°扭波導107與+45°扭波導108僅扭曲角度相差90°，電長度相同；

如圖7所示Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡2包括發(fā)射單元2a、和接收單元2b、發(fā)射單元和接收單元的結構相同，發(fā)射單元由左旋波導開關201、和右旋波導開關202、第五U形彎波導203、+45°移相器204、-45°移相器205、波導魔T207、第三U形彎波導208、第四U形彎波導209組成。

所述的發(fā)射單元2a包括左旋波導開關201和右旋波導開關202，所述的左旋波導開關201和右旋波導開關202的圓極化端口上各接有一移相器，兩個移相器的接收頻段相位差為90°，兩個移相器分別一一對應的連接到一波導魔T207的兩個合成端口上，波導魔T207的H臂端口通過第三U形彎波導208連接到左旋波導開關201的左旋信號接收端，波導魔T207的E臂端口通過第四U形彎波導209連接到右旋波導開關202的右旋信號接收端，在左旋波導開關201和右旋波導開關202的信號收發(fā)端上各接有一第五U形彎波導203，發(fā)射單元和接收單元并排設置。

在各個第五U形彎波導分別可以得到接收水平、垂直線極化和發(fā)射水平、垂直線極化信號，實現(xiàn)Ku頻段線極化信號的收發(fā)共用功能。

如圖8、圖9所示，左旋波導開關和右旋波導開關結構相同，二者皆為四端口器件，可分別工作于A、B兩種狀態(tài)，A狀態(tài)時，端口1和端口2連通，端口3和端口4連通，兩個通路之間隔離；B狀態(tài)時，端口1和端口4連通，端口2和端口3連通，兩個通路之間隔離；

對各個端口按功能進行區(qū)分，左旋波導開關的端口4作為圓極化端口，左旋波導開關的端口3作為左旋信號接收端，左旋波導開關的端口2作為信號收發(fā)端，左旋波導開關和右旋波導開關的端口1作為公共端口；右旋波導開關的端口2作為圓極化端口作為圓極化端口，右旋波導開關的端口3作為右旋信號接收端，右旋波導開關的端口4作為信號收發(fā)端，優(yōu)選波導開關的端口1作為公共端口。

所述的收發(fā)信號及進行左、右旋圓極化信號的合成方式是：

如圖2所示，第一雙工器和第二雙工器的發(fā)射端口分別連接到發(fā)射單元2a的左旋波導開關201和右旋波導開關202的公共端口,第一雙工器和第二雙工器的接收端口分別連接到接收單元2b的左旋波導開關201和右旋波導開關202的公共端口,在發(fā)射單元 和接收單元的左旋波導開關201的圓極化端口上接有+45°移相器，在右旋波導開關201的圓極化端口上接有-45°移相器，兩個移相器分別一一對應的連接到一波導魔T207的兩個合成端口上，由此控制左旋波導開關和右旋波導開關的工作狀態(tài)導通通道，即可實現(xiàn)兩個雙工器的接收端口分別與接收單元的，-45°移相器、+45°移相器的連通或與兩個雙工器的接收端口分別與第五U形彎波導203的連通，兩個雙工器的發(fā)射端口分別與發(fā)射單元的-45°移相器、+45°移相器的連通或兩個雙工器的發(fā)射端口分別與第五U形彎波導203的連通。

當?shù)谝浑p工器和第二雙工器的發(fā)送端口與移相器連通時，由于-45°移相器204與+45°移相器203相差90°，正交的兩個頻段線極化信號在波導魔T內(nèi)即合成為左右旋圓極化信號，并分別沿著波導魔T207的E臂端口由第四U形彎波導輸送至右旋波導開關并沿著第五U形彎波導輸出，和沿著波導魔T207的H臂端口沿第三U形彎波導208連接到左旋波導開關201并沿著第五U形彎波導輸出，實現(xiàn)Ku頻段接收左、右旋圓極化信號的共用功能。

發(fā)射左、右旋圓極化信號的合成方式同理。

當?shù)谝浑p工器和第二雙工器的發(fā)送端口與第五U形彎波導連通時，則第一雙工器和第二雙工器內(nèi)的水平、垂直信號直接經(jīng)由第五U形彎波導輸出。

發(fā)射水平、垂直信號的合成方式同理。

如圖10和圖11所示，發(fā)射頻段+45°移相器205和發(fā)射頻段-45°移相器206的結構圖為矩形波導加載電容或電感膜片形式的移相器；

如圖12和圖13所示，上述各型彎波導的匹配結構采用了3階臺階形式的匹配結構，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，彎波導的駐波能夠優(yōu)于1.02，且加工一致性更易保證。上述寬帶波導魔T104和波導魔T207僅外部尺寸不同。