一種新型波導(dǎo)圓極化器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型波導(dǎo)圓極化器，包括方形波導(dǎo)（1）和金屬隔板（2），以及兩個波導(dǎo)漸變部分（6、7），所述金屬隔板（2）由依次連接的接收單元（3）、傳輸單元（4）和輻射單元（5）構(gòu)成，且金屬隔板（2）寬與方形波導(dǎo)（1）的內(nèi)邊長相等；所述金屬隔板（2）置于方形波導(dǎo)（1）的中軸對稱位置，且金屬隔板（2）的一端與方形波導(dǎo)（1）一端的方形公共端口接觸，將其分成兩個矩形端口；所述兩個波導(dǎo)漸變部分（6、7）分別與兩個矩形端口連接；所述金屬隔板（2）將方形波導(dǎo)（1）所接收兩個正交的波束轉(zhuǎn)換，由接收和轉(zhuǎn)換所得波束之間產(chǎn)生相位差，實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號。本發(fā)明可獲得良好的回波損耗、插入損耗和相位差的性能。
【專利說明】
一種新型波導(dǎo)圓極化器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種新型波導(dǎo)圓極化器，屬于微波通信的技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隔片圓極化器(Septum Polarizer)是近十幾年來廣泛使用的圓極化器，它主要用于射電天文學(xué)和衛(wèi)星天線等領(lǐng)域以實現(xiàn)圓極化信號的分離和合成。它的特點是將正交模變換器(0MT)和圓極化器的功能合二為一，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點。
[0003]使用隔板圓極化器可以使得波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、并且能夠使圓極化器的插入相位一致性得到保障，在對相位平衡有要求的地方有較高的應(yīng)用價值，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的隔片圓極化器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但是它實現(xiàn)圓極化過程中回波損耗、插入損耗和相位差的性能相對較低，同時其工作頻帶只有20%左右。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型波導(dǎo)圓極化器，利用簡單的結(jié)構(gòu)改進，解決隔片圓極化器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，實現(xiàn)圓極化過程中回波損耗、 插入損耗和相位差的性能相對較低的問題。
[0005]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:一種新型波導(dǎo)圓極化器，包括方形波導(dǎo)和金屬隔板，以及兩個結(jié)構(gòu)相同的波導(dǎo)漸變部分，所述金屬隔板由依次連接的接收單元、傳輸單元和福射單元構(gòu)成，并且金屬隔板的寬與方形波導(dǎo)的內(nèi)邊長相等;所述金屬隔板置于方形波導(dǎo)的中軸對稱位置，且金屬隔板的一端與方形波導(dǎo)一端的方形公共端口接觸，將方形公共端口分成兩個結(jié)構(gòu)相同的矩形端口；所述兩個波導(dǎo)漸變部分分別與兩個矩形端口連接;所述金屬隔板將方形波導(dǎo)所接收兩個正交的波束進行轉(zhuǎn)換，由接收波束和轉(zhuǎn)換所得波束之間產(chǎn)生相位差，實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號。
[0006]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述兩個波導(dǎo)漸變部分采用階梯結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述接收單元呈八字形結(jié)構(gòu)。
[0008]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述傳輸單元采用矩形結(jié)構(gòu)。
[0009]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述接收單元或傳輸單元采用對稱結(jié)構(gòu)。[001 〇]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述傳輸單元上設(shè)置波紋。
[0011]進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述輻射單元采用平行四邊形結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果:1.本發(fā)明提供的一種新型波導(dǎo)圓極化器，相比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單一的隔板圓極化器，該圓極化器結(jié)構(gòu)更加簡單，易于制作。
[0013]2.本發(fā)明所提供的是與傳統(tǒng)隔片圓極化器工作原理不同的波導(dǎo)圓極化器，其實現(xiàn)圓極化的過程與傳統(tǒng)隔板圓極化器不同，該波導(dǎo)圓極化器可以獲得良好的回波損耗、插入損耗和相位差的性能。該圓極化器可優(yōu)化空間大，可以更好地實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號，具有良好的隔離度，可以廣泛地用于射電天文學(xué)和衛(wèi)星天線等領(lǐng)域中。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明新型波導(dǎo)圓極化器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明新型波導(dǎo)圓極化器的俯視圖。
[0016]圖3是本發(fā)明新型波導(dǎo)圓極化器的右視圖。
[0017]圖4是本發(fā)明利用HFSS軟件計算的圓極化器的相位差特性的示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明利用HFSS軟件計算的圓極化器的插入損耗特性的示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明利用HFSS軟件計算的圓極化器的回波損耗特性的示意圖。
[0020]其中附圖標記解釋:1_方形波導(dǎo)，2-金屬隔板，3-接收單元，4-傳輸單元，5-輻射單元，6、7_波導(dǎo)漸變部分。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實施方式進行描述。
[0022]如圖1至3所示，本發(fā)明設(shè)計了一種新型波導(dǎo)圓極化器，包括方形波導(dǎo)I和金屬隔板2，以及兩個結(jié)構(gòu)相同的波導(dǎo)漸變部分6、7，所述金屬隔板2由依次連接的接收單元3、傳輸單元4和輻射單元5構(gòu)成，并且金屬隔板2的寬度與方形波導(dǎo)I的寬度相等，即金屬隔板2的短邊寬與方形波導(dǎo)I的內(nèi)邊長相等;所述金屬隔板2置于方形波導(dǎo)I的中軸對稱位置，且由金屬隔板2的一端與方形波導(dǎo)I 一端的方形公共端口接觸，將方形公共端口分成兩個結(jié)構(gòu)相同的矩形端口；所述兩個波導(dǎo)漸變部分6，7分別與兩個矩形端口連接，即所述兩個波導(dǎo)漸變部分6、7分別位于金屬隔板2的兩側(cè)后設(shè)置在方形波導(dǎo)I的同一端，及將位于金屬隔板2同側(cè)的波導(dǎo)漸變部分與端口相連，實現(xiàn)從矩形端口向標準矩形波導(dǎo)端口的轉(zhuǎn)換；由此，利用金屬隔板2將方形波導(dǎo)I所接收的平行于金屬隔板2的TEOl模式的波束轉(zhuǎn)換成垂直于金屬隔板2的波束，以及將該轉(zhuǎn)換所得垂直于金屬隔板2的波束和將方形波導(dǎo)I所接收的垂直于金屬隔板2的TElO模式的波束均等分，在此過程中TElO模和TEOl模也會產(chǎn)生90度的相位差，從而實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號。
[0023]在上述結(jié)構(gòu)中，所述兩個波導(dǎo)漸變部分6、7優(yōu)選地呈階梯結(jié)構(gòu)，還優(yōu)選呈對稱分布地設(shè)置于金屬隔板2的兩側(cè)，如圖2所示，兩個波導(dǎo)漸變部分6、7呈階梯結(jié)構(gòu)且對稱地位于方形波導(dǎo)I的兩側(cè)，由金屬隔板2使其形成對稱結(jié)構(gòu)，利用階梯的波導(dǎo)漸變部分6、7可以實現(xiàn)從矩形端口向標準矩形波導(dǎo)端口的轉(zhuǎn)換。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選地將所述接收單元3采用八字形結(jié)構(gòu)，如圖3所示，接收單元3采用八字形可以更加便于信號的接收。進一步地，接收單元3采用對稱結(jié)構(gòu)，即如圖所示地相對于方形波導(dǎo)I的上下壁呈對稱設(shè)置，如圖3所示，使得接收單元3在放置中，其對稱軸線與方形波導(dǎo)I上下壁所在的對稱線重合。
[0025]本發(fā)明中，所述傳輸單元4還可優(yōu)選采用矩形結(jié)構(gòu)，使用矩形結(jié)構(gòu)更加利于信號的傳輸，由矩形結(jié)構(gòu)的一端連接接收單元3，另一端連接福射單元5。所述傳輸單元4同樣也可采用對稱結(jié)構(gòu)，即相對于方形波導(dǎo)I的上下壁呈對稱設(shè)置，如圖3所示，使得傳輸單元4在放置中，其對稱軸線與方形波導(dǎo)1上下壁所在的對稱線重合。
[0026]進一步地，所述傳輸單元4上還可設(shè)置波紋，本實施例選用矩形結(jié)構(gòu)下，在矩形結(jié)構(gòu)的上壁和下壁上分設(shè)置矩形波紋結(jié)構(gòu)，增加該波紋結(jié)構(gòu)的目的是調(diào)整該波導(dǎo)圓極化器的相位差。但是發(fā)明不限于該種矩形波紋，其他形狀的波紋如鋸齒形或波浪形同樣適用，以及不限于矩形結(jié)構(gòu)下，其他結(jié)構(gòu)同樣可適用增設(shè)波紋結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對其進行限定。
[0027]以及，在本發(fā)明中所述輻射單元5可以采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以很好的實現(xiàn)波的輻射。該發(fā)明輻射單元不限于平行四邊形結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)同樣適用。[〇〇28]本發(fā)明的新型波導(dǎo)圓極化器的工作原理不同于傳統(tǒng)的隔板圓極化器，它的工作原理是:當(dāng)來自方形公共端口兩個相互垂直的模式TE10和TE01經(jīng)過金屬隔板2時，垂直于金屬隔板2的TE10模的波束被等幅度的分到金屬隔板2兩邊;而平行于金屬隔板2的TE01模的波束到達金屬隔板2時，首先被金屬隔板2的接收單元3收集，經(jīng)過傳輸單元4到達福射單元5， 然后被輻射單元5等幅度的分到金屬隔板2兩邊，在這個過程中平行于金屬隔板2的模式的波束變化為垂直于金屬隔板2的模式的波束。到達輻射單元5的波被等幅度分到金屬隔板2 后向前傳播分別經(jīng)過波導(dǎo)漸變部分6、7到達兩個矩形端口。在金屬隔板2的傳輸單元4,呈矩形結(jié)構(gòu)的傳輸單元的上壁和下壁上有對稱分布的波紋結(jié)構(gòu)時，加波紋的目的是調(diào)整該波導(dǎo)圓極化器的相位差。在整個過程中，由于平行于金屬隔板2的TE01模的波束傳輸過程中的傳輸系數(shù)與垂直與金屬隔板2的TE10模的波束的傳輸系數(shù)不同，通過優(yōu)化傳輸單元的波紋結(jié)構(gòu)和輻射單元的結(jié)構(gòu)可以會產(chǎn)一個90度的相位差，從而更好地實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號。
[0029]如圖4所示，給出了本發(fā)明利用HFSS軟件仿真計算得到的新型波導(dǎo)圓極化器的公共端口的兩個模式TE10和TE01的波束相位差，在8.7至9.5GHz的頻帶范圍內(nèi)，兩個模式的波束相位差在70°至110°范圍內(nèi)，由于該模型具有對稱的結(jié)構(gòu)，所以該波導(dǎo)圓極化器可以實現(xiàn)左旋和右旋信號收發(fā)共用的功能。
[0030]如圖5所示，給出了本發(fā)明利用HFSS軟件仿真計算得到的新型波導(dǎo)圓極化器的左右兩個端口的插入損耗的示意圖，在8.7至9.5GHz的頻帶范圍內(nèi)，左右兩個端口的插入損耗值都低于_30dB，說明該圓極化器具有良好的隔離度。
[0031]如圖6所示，給出了本發(fā)明利用HFSS軟件仿真計算得到的新型波導(dǎo)圓極化器的公共端口的TE01模的回波損耗的示意圖，在8.7至9.6GHz的頻帶范圍內(nèi)，回波損耗基本低于-20dB，該指標達到了可接受的范圍。[〇〇32]綜上所述，該新型波導(dǎo)圓極化器在8.7至9.5GHz的頻帶內(nèi)，其相位差、插入損耗和回波損耗都在可接受的范圍內(nèi)。
[0033]本發(fā)明所提供的波導(dǎo)圓極化器，其實現(xiàn)圓極化的過程與傳統(tǒng)隔板圓極化器不同， 可以獲得良好的回波損耗、插入損耗和相位差的性能。該圓極化器可優(yōu)化空間大，可以更好地實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號，具有良好的隔離度，可以廣泛地用于射電天文學(xué)和衛(wèi)星天線等領(lǐng)域中。
[0034]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項】
1.一種新型波導(dǎo)圓極化器，包括方形波導(dǎo)(I)和金屬隔板(2)，以及兩個結(jié)構(gòu)相同的波導(dǎo)漸變部分(6、7)，其特征在于，所述金屬隔板(2)由依次連接的接收單元(3)、傳輸單元(4)和輻射單元(5)構(gòu)成，并且金屬隔板(2)的寬與方形波導(dǎo)(I)的內(nèi)邊長相等;所述金屬隔板(2)置于方形波導(dǎo)(I)的中軸對稱位置，且金屬隔板(2)的一端與方形波導(dǎo)(I) 一端的方形公共端口接觸，將方形公共端口分成兩個結(jié)構(gòu)相同的矩形端口 ；所述兩個波導(dǎo)漸變部分(6、7)分別與兩個矩形端口連接;所述金屬隔板(2)將方形波導(dǎo)(I)所接收兩個正交的波束進行轉(zhuǎn)換，由接收波束和轉(zhuǎn)換所得波束之間產(chǎn)生相位差，實現(xiàn)左旋或者右旋圓極化信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述兩個波導(dǎo)漸變部分(6、7)采用階梯結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述接收單元(3)采用八字形結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述傳輸單元(4)采用矩形結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述接收單元(3)或傳輸單元(4)采用對稱結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述傳輸單元(4)上設(shè)置有波紋。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型波導(dǎo)圓極化器，其特征在于:所述輻射單元(5)采用平行四邊形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01P1/17GK106025451SQ201610439955
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】黃曉東, 王星, 金秀華
【申請人】南京郵電大學(xué)