[发明专利]一种Ku波段宽带正交模耦合器

说明书

本发明属于卫星通讯设备中的天线馈源技术领域，具体涉及一种Ku波段宽带正交模耦合器。本耦合器包括方波导、分支波导以及方矩变换段，方波导的首端面设置公共端口，方波导的一侧设置波导阶梯且波导阶梯的阶梯面处耦合分支波导，分支波导输出端口构成水平极化端口；在方波导的末端面设置有方矩变换段，方矩变换段的末端处的输出端口构成垂直极化端口；在方波导的波导阶梯所在侧，波导阶梯和方矩变换段所形成的连续的阶梯面高度的渐变取值拟合切比雪夫函数；在上述方波导的方矩变换段所形成的阶梯面高度的渐变取值同样拟合切比雪夫函数。本发明兼具结构紧凑、高带宽及体型小巧的优点，可满足卫星阵列天线的使用要求。

技术领域

本发明属于卫星通讯设备中的天线馈源技术领域，具体涉及一种Ku波段宽带正交模耦合器。

背景技术

正交模耦合器，简称OMT，是实现双极化天馈系统的重要部件，如今在卫星通讯、射电天文和军事雷达等方面已得到广泛的应用。OMT在大容量通信系统中可解决频率复用问题，能在同一频率上实现正交极化信号的双工传输(即组合和分离)。随着Ku波段馈源的宽带工作需求越来越多，要实现Ku双线极化收发，可以采用OMT结合频率双工器的形式。然而，传统OMT的相对带宽一般只能做到10％左右。虽然如Boifot OMT、鳍线形OMT、对称型反向耦合波导OMT以及四脊波导OMT等宽带形式的OMT的带宽可以达到30％，但又存在结构复杂、外形尺寸庞大、不是纯波导形式、对加工精度要求高甚至需要加调谐元件的问题。在现有的卫星天线设计中，迫切需要寻求一款兼具高宽带和小型化性能的OMT，从而使得该OMT在满足自身高宽带要求的同时，又能达到小型化的设计目的，以便满足有限空间下的安装使用要求。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的Ku波段宽带正交模耦合器，其兼具结构紧凑、高带宽及体型小巧的优点，可满足卫星阵列天线的使用要求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种Ku波段宽带正交模耦合器，其特征在于：本耦合器包括方波导、分支波导以及方矩变换段，其中：

方波导的首端面形成用于接纳外部信号的公共端口，方波导的一侧设置波导阶梯且该波导阶梯的阶梯面高度由方波导首端向末端处依次降低；波导阶梯的阶梯面处耦合所述分支波导，所述分支波导的输出端口构成水平极化端口；在方波导的末端面设置有方矩变换段，所述方矩变换段由两个以上且沿方波导长度方向横截面面积逐个减小的矩形波导首尾衔接构成，方矩变换段的末端处的输出端口构成垂直极化端口；在方波导的波导阶梯所在侧，波导阶梯和方矩变换段所形成的连续的阶梯面高度的渐变取值拟合切比雪夫函数；在上述方波导的波导阶梯所在侧的相对侧，方矩变换段所形成的阶梯面高度的渐变取值同样拟合切比雪夫函数。

本耦合器的工作带宽为10.7GHz-14.5GHz，方波导的公共端口的长宽边尺寸为16.2mm×16.2mm，垂直极化端口的长宽边尺寸为14.8mm×5.6mm，水平极化端口长宽边尺寸为14.8mm×4.8mm。

波导阶梯的阶梯面与方矩变换段所形成的阶梯面的阶梯宽度均为四分之一波导波长。

本发明的有益效果在于：

1)、摒弃了结构冗繁的传统宽带OMT设计，本发明采用阶梯锥变加分支波导的窄带OMT设计方案，从而使得本发明的结构更为简单和紧凑。通过合理选择方波导口的尺寸，使得本发明所需求的工作带宽落在方波导主模截止频率和第三次高次模之间。在从方波导到矩形波导的渐变中，通过将各台阶面高度的渐变取值拟合切比雪夫函数，一方面可以将工作频带内的第一及第二次高次模压下去，达到展宽带宽的目的。另一方面，也可实现公共端口的主模TE₁₀通过变换段并馈给OMT的垂直极化端口，且正交主模TE₀₁在锥变区内消失并被反射和耦合到分支波导处的水平极化端口。具体操作时，可将水平极化端口及垂直极化端口尺寸进一步压缩，从而进一步的减小OMT的外形尺寸，以确保小型化需求。