[發(fā)明專利]一種雙頻段寬帶圓極化器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010284559.3
• 申請(qǐng)日: 2010-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN102403555A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊峰;張玉珍;歐陽駿;宋博;韓壘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/17
• 分類號(hào): H01P1/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)中饋源設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及衛(wèi)星通信中饋源設(shè)計(jì)的雙頻段、雙圓極化器等技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有的C、Ku頻段衛(wèi)星資源已不能滿足日益增長的衛(wèi)星通信需求，開發(fā)K、Ka波段勢(shì)在必行。衛(wèi)星通信事業(yè)的蓬勃發(fā)展對(duì)其地面站天線提出了新的要求，例如高增益、寬頻帶或多頻段、低交叉極化、多波束、雙極化或多極化等等，饋源是整個(gè)天線系統(tǒng)的心臟，高性能饋源是高性能系統(tǒng)的首要條件。如何在K、Ka頻段設(shè)計(jì)工作于寬頻帶或多頻段，具有低交叉極化特性，并能實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙極化或多極化的饋源，是衛(wèi)星通信事業(yè)對(duì)饋源設(shè)計(jì)的新要求。

采用圓極化天線可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，而圓極化器是圓極化天線波導(dǎo)饋源系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能好壞直接影響到天線的軸比性能，而軸比又是限制天線帶寬的瓶頸之一。因此，圓極化器的設(shè)計(jì)就成為了波導(dǎo)饋源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種工作于雙頻段饋源系統(tǒng)中的雙頻圓極化器，通過加入金屬脊結(jié)構(gòu)，它比傳統(tǒng)的圓極化器具有更寬的工作帶寬。該圓極化器工作于K/Ka波段，具有頻帶寬度寬、軸比特性好、插入損耗小、功率容量大、易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。

本文所發(fā)明的雙頻段螺釘加脊圓極化器由圓波導(dǎo)1、兩排對(duì)稱螺釘2、對(duì)稱金屬脊3組成。螺釘對(duì)于垂直極化波呈現(xiàn)容性電納而產(chǎn)生滯后的相位，螺釘對(duì)于水平極化波呈現(xiàn)感性電納而產(chǎn)生超前的相位，當(dāng)垂直極化波和水平極化波的相位差為90度時(shí)，就會(huì)形成圓極化波。傳統(tǒng)的螺釘圓極化器只是在圓波導(dǎo)中加入雙排的螺釘作為移相元件，本發(fā)明在傳統(tǒng)圓極化器的基礎(chǔ)上加入了對(duì)稱金屬脊結(jié)構(gòu)，金屬脊作為輔助的移相元，可以改變圓極化器的相移量，加入金屬脊后，本發(fā)明比傳統(tǒng)圓極化器有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)、圓極化器的相位特性曲線更加平緩，增加了工作帶寬；

(2)、通過調(diào)節(jié)金屬脊的深度可以在不改變圓波導(dǎo)半徑的條件下適當(dāng)調(diào)節(jié)圓極化器的最佳工作頻帶；

(3)、在金屬脊上打孔插入螺釘，使用這樣的結(jié)構(gòu)不但金屬脊的深淺可以調(diào)整，螺釘?shù)纳疃纫部梢哉{(diào)整，使圓極化器的調(diào)整更加方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的三視圖；

其中1是圓波導(dǎo)、2是兩排對(duì)稱螺釘、3是對(duì)稱金屬脊。

圖2是水平極化波和垂直極化波的駐波系數(shù)；

圖3是水平極化波和垂直極化波經(jīng)過圓極化器后的相位差改變量；

圖4是低頻段軸比曲線；

圖5是高頻段軸比曲線

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的雙頻段螺釘加脊圓極化器由圓波導(dǎo)1、兩排對(duì)稱螺釘2、對(duì)稱金屬脊3組成。

本發(fā)明工作于K/Ka波段，圓極化器的一端接正交模耦合器用來發(fā)射和接收信號(hào)，另一端接輻射器用來輻射和接收信號(hào)。與螺釘呈45度的極化波進(jìn)入圓極化器后可分解為垂直于螺釘?shù)臉O化波與平行于螺釘?shù)臉O化波，螺釘對(duì)兩種極化波分別呈現(xiàn)容性和感性電納的作用，從而形成兩種極化波相位的滯后和超前，當(dāng)相位差為90度時(shí)就形成了圓極化波。金屬脊在其中起到了輔助移相元的作用，對(duì)確定最佳工作頻帶和擴(kuò)展帶寬都有重要的作用。

以下是圓極化器各個(gè)尺寸的選取原則和選取方法：

圓波導(dǎo)半徑的選取：圓波導(dǎo)半徑的大小與兩頻段中最佳工作頻段有非常重要的關(guān)系，所以要精心選取圓波導(dǎo)的半徑，本發(fā)明中圓波導(dǎo)半徑選為5.56mm。

螺釘對(duì)數(shù)的選取：螺釘對(duì)數(shù)主要決定圓極化器的帶寬特性，但同時(shí)也要兼顧圓極化器的長度來選取合適的螺釘對(duì)數(shù)，本發(fā)明中選取螺釘對(duì)數(shù)為15對(duì)。

螺釘間距的選取：螺釘間距對(duì)駐波影響顯著。螺釘對(duì)數(shù)大于15對(duì)時(shí)，螺釘間距在0.4～1.4倍波導(dǎo)半徑之間時(shí)，駐波均在1.1以下，本發(fā)明中螺釘間距為0.5倍圓波導(dǎo)半徑。

螺釘深度的選取：對(duì)相移量影響顯著。一般設(shè)置兩邊螺釘深度逐漸加深，中間螺釘?shù)壬疃确植迹@樣既能保證駐波良好，又能保證所需相移量，本發(fā)明中采取中間5對(duì)螺釘?shù)壬疃确植迹渌?0對(duì)螺釘呈升高余弦形式分布，每個(gè)螺釘?shù)纳疃扔晒酱_定，其中a、b為常數(shù)，N為螺釘總對(duì)數(shù)。本發(fā)明取a＝0.38，b＝0.42。

螺釘半徑的選取：螺釘半徑對(duì)相移量有一定影響，本發(fā)明中螺釘半徑選為0.1倍圓波導(dǎo)半徑。

金屬脊的選取：加脊可以對(duì)相移量有一定的補(bǔ)償作用，可以適當(dāng)改變最佳工作頻段并且可以使相位特性曲線更加平緩，擴(kuò)展工作帶寬。金屬脊在圓波導(dǎo)內(nèi)的的深度不能太大，以減小反射和高次模的生成。本發(fā)明中金屬脊寬度取2mm，在圓波導(dǎo)內(nèi)的高度取0.32mm。