[發明專利]一種Ku波段寬帶正交模耦合器

有效

• 申請號: 201710206900.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106876853B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 侯艷茹;金秀梅;禹清晨;胡衛東
• 申請（專利權）人: 安徽四創電子股份有限公司
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12;H01Q1/50;H01Q13/02;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺;柯凱敏

本發明屬于衛星通訊設備中的天線饋源技術領域，具體涉及一種Ku波段寬帶正交模耦合器。本耦合器包括方波導、分支波導以及方矩變換段，方波導的首端面設置公共端口，方波導的一側設置波導階梯且波導階梯的階梯面處耦合分支波導，分支波導輸出端口構成水平極化端口；在方波導的末端面設置有方矩變換段，方矩變換段的末端處的輸出端口構成垂直極化端口；在方波導的波導階梯所在側，波導階梯和方矩變換段所形成的連續的階梯面高度的漸變取值擬合切比雪夫函數；在上述方波導的方矩變換段所形成的階梯面高度的漸變取值同樣擬合切比雪夫函數。本發明兼具結構緊湊、高帶寬及體型小巧的優點，可滿足衛星陣列天線的使用要求。

技術領域

本發明屬于衛星通訊設備中的天線饋源技術領域，具體涉及一種Ku波段寬帶正交模耦合器。

背景技術

正交模耦合器，簡稱OMT，是實現雙極化天饋系統的重要部件，如今在衛星通訊、射電天文和軍事雷達等方面已得到廣泛的應用。OMT在大容量通信系統中可解決頻率復用問題，能在同一頻率上實現正交極化信號的雙工傳輸(即組合和分離)。隨著Ku波段饋源的寬帶工作需求越來越多，要實現Ku雙線極化收發，可以采用OMT結合頻率雙工器的形式。然而，傳統OMT的相對帶寬一般只能做到10％左右。雖然如Boifot OMT、鰭線形OMT、對稱型反向耦合波導OMT以及四脊波導OMT等寬帶形式的OMT的帶寬可以達到30％，但又存在結構復雜、外形尺寸龐大、不是純波導形式、對加工精度要求高甚至需要加調諧元件的問題。在現有的衛星天線設計中，迫切需要尋求一款兼具高寬帶和小型化性能的OMT，從而使得該OMT在滿足自身高寬帶要求的同時，又能達到小型化的設計目的，以便滿足有限空間下的安裝使用要求。

發明內容

本發明的目的為克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理而實用的Ku波段寬帶正交模耦合器，其兼具結構緊湊、高帶寬及體型小巧的優點，可滿足衛星陣列天線的使用要求。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種Ku波段寬帶正交模耦合器，其特征在于：本耦合器包括方波導、分支波導以及方矩變換段，其中：

方波導的首端面形成用于接納外部信號的公共端口，方波導的一側設置波導階梯且該波導階梯的階梯面高度由方波導首端向末端處依次降低；波導階梯的階梯面處耦合所述分支波導，所述分支波導的輸出端口構成水平極化端口；在方波導的末端面設置有方矩變換段，所述方矩變換段由兩個以上且沿方波導長度方向橫截面面積逐個減小的矩形波導首尾銜接構成，方矩變換段的末端處的輸出端口構成垂直極化端口；在方波導的波導階梯所在側，波導階梯和方矩變換段所形成的連續的階梯面高度的漸變取值擬合切比雪夫函數；在上述方波導的波導階梯所在側的相對側，方矩變換段所形成的階梯面高度的漸變取值同樣擬合切比雪夫函數。

本耦合器的工作帶寬為10.7GHz-14.5GHz，方波導的公共端口的長寬邊尺寸為16.2mm×16.2mm，垂直極化端口的長寬邊尺寸為14.8mm×5.6mm，水平極化端口長寬邊尺寸為14.8mm×4.8mm。

波導階梯的階梯面與方矩變換段所形成的階梯面的階梯寬度均為四分之一波導波長。

本發明的有益效果在于：

1)、摒棄了結構冗繁的傳統寬帶OMT設計，本發明采用階梯錐變加分支波導的窄帶OMT設計方案，從而使得本發明的結構更為簡單和緊湊。通過合理選擇方波導口的尺寸，使得本發明所需求的工作帶寬落在方波導主模截止頻率和第三次高次模之間。在從方波導到矩形波導的漸變中，通過將各臺階面高度的漸變取值擬合切比雪夫函數，一方面可以將工作頻帶內的第一及第二次高次模壓下去，達到展寬帶寬的目的。另一方面，也可實現公共端口的主模TE₁₀通過變換段并饋給OMT的垂直極化端口，且正交主模TE₀₁在錐變區內消失并被反射和耦合到分支波導處的水平極化端口。具體操作時，可將水平極化端口及垂直極化端口尺寸進一步壓縮，從而進一步的減小OMT的外形尺寸，以確保小型化需求。