緊湊型寬帶圓極化器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種緊湊型寬帶圓極化器，包括：方圓轉(zhuǎn)換器、模式變換器、反射背腔和饋源，方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接至模式變換器上端，反射背腔和饋源連接且二者均通過法蘭盤連接至模式變換器下端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可覆蓋較寬頻段，使得利用同一圓極化器滿足不同地區(qū)不同標(biāo)準(zhǔn)的移動通信、衛(wèi)星通信、短距離通信、寬帶接入通信以及數(shù)字電視接收成為可能，且能夠滿足系統(tǒng)小型化的需求，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】緊湊型寬帶圓極化器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓極化器，具體地，涉及一種基于階梯隔板和反射背腔的緊湊型寬帶圓極化器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信、遙控、遙測技術(shù)的發(fā)展，以及對高速目標(biāo)在各種極化方式和氣候條件下跟蹤測量的需要，單一的線極化容易受到影響，出現(xiàn)極化惡化或極化失配，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代通信的要求。圓極化天線可以很好地對抗極化惡化和極化失配，在云雨等惡劣氣候條件下和電子干擾環(huán)境中表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性，對劇烈抖動目標(biāo)的捕捉更加靈敏準(zhǔn)確。圓極化天線的實(shí)現(xiàn)形式有很多種，最常見的方式是通過圓極化器件形成圓極化導(dǎo)波，然后饋入天線輻射出去。
[0003]圓極化器的種類主要有隔板圓極化器、介質(zhì)板圓極化器、波紋圓極化器等。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前市場上使用較廣泛的一款圓極化器為方波導(dǎo)膜片式圓極化器HD-51.99SWSPS，但是該圓極化器饋電方式復(fù)雜，需要三個微波端口，體積大，不利于系統(tǒng)小型化。IEEE2011年國際研討會上，Ilkyu Kim和YahyaRahmat-Samii等人在文章“Revisiting Stepped Septum Circular Polarizer Using Ful 1-Wave Simulations”提出了一款圓極化器，該中圓極化器也體積較大，且在實(shí)際應(yīng)用中需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的匹配系統(tǒng)，不利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型寬帶圓極化器，該圓極化器結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，可覆蓋較寬頻段，從而使得利用同一圓極化器滿足不同地區(qū)不同標(biāo)準(zhǔn)的移動通信、衛(wèi)星通信、短距離通信、寬帶接入通信以及數(shù)字電視接收成為可能。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種緊湊型寬帶圓極化器，包括:方圓轉(zhuǎn)換器、模式變換器、反射背腔和饋源，方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接至模式變換器上端，反射背腔和饋源連接且二者均通過法蘭盤連接至模式變換器下端。
[0006]優(yōu)選地，方圓轉(zhuǎn)換器為一由四邊形內(nèi)端口過渡到圓形內(nèi)端口的長方體。
[0007]優(yōu)選地，模式變換器包括方形波導(dǎo)和階梯形金屬隔板，階梯形金屬隔板的階數(shù)為多階，階梯形金屬隔板設(shè)置在方形波導(dǎo)正中間，且階梯形金屬隔板通過內(nèi)嵌螺釘與方形波導(dǎo)連接。
[0008]優(yōu)選地，饋源為同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器。
[0009]優(yōu)選地，同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器包括N型頭、秤砣形金屬部和第一矩形波導(dǎo)，秤砣形金屬部與N型頭螺紋連接，N型頭通過法蘭盤與第一矩形波導(dǎo)連接。
[0010]優(yōu)選地，反射背腔包括第二矩形波導(dǎo)和半圓柱形凹槽反射面，第二矩形波導(dǎo)與半圓柱形凹槽反射面連接。
[0011]優(yōu)選地，反射背腔和饋源一體成型。[0012]優(yōu)選地，該緊湊型寬帶圓極化器還包括喇叭天線，喇叭天線與方圓轉(zhuǎn)換器通過法
蘭盤連接。
[0013]優(yōu)選地，喇叭天線為橢圓口徑喇叭天線、圓口徑喇叭天線、或方形口徑喇叭天線。
[0014]優(yōu)選地，緊湊型寬帶圓極化器在C波段的三維尺寸為120mmX50mmX45mm。
[0015]本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的工作原理如下:N型頭的TEM模通過同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為TElO模，TElO模經(jīng)過模式變換器和反射背腔的雙重作用，產(chǎn)生幅值相同，相位相差90度并相互正交的TElO模和TEOl模，該圓極化波通過方圓變換器，最后通過喇叭天線輻射到自由空間。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明通過加入反射背腔簡化饋電方式，傳統(tǒng)圓極化器的饋電需要雙饋，雙饋的饋電系統(tǒng)復(fù)雜，不利于安裝應(yīng)用和小型化，本發(fā)明采用單饋方式，饋電方式簡單穩(wěn)定，且易于安裝和小型化。
[0018]2、本發(fā)明的圓極化器主體為金屬構(gòu)造，機(jī)械強(qiáng)度大，穩(wěn)定性高，經(jīng)久耐用。
[0019]3、本發(fā)明的圓極化器主體形成立體結(jié)構(gòu)比一般圓極化器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足系統(tǒng)小型化的需求，應(yīng)用前景廣闊。
[0020]4、本發(fā)明的圓極化器可覆蓋較寬頻段，使得利用同一圓極化器滿足不同地區(qū)不同標(biāo)準(zhǔn)的移動通信、衛(wèi)星通信、短距離通信、寬帶接入通信以及數(shù)字電視接收成為可能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0022]圖1為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2、圖3為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的主視圖及A-A剖視圖；
[0024]圖4、圖5為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的左視圖及B-B剖視圖；
[0025]圖6、圖7為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的右視圖及俯視圖；
[0026]圖8、圖9為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器與喇叭天線連接的主視圖及A-A剖視圖；
[0027]圖10、圖11為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器與喇叭天線連接的左視圖及B-B剖視圖；
[0028]圖12、圖13為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器與喇叭天線連接的右視圖及俯視圖；
[0029]圖14為本發(fā)明實(shí)施例的圓極化天線的回波損耗圖；
[0030]圖15為本發(fā)明實(shí)施例的各個頻點(diǎn)最小軸比圖；
[0031]圖16為本發(fā)明實(shí)施例的軸比-Theta圖。
[0032]圖中:1為方圓轉(zhuǎn)換器，2為模式變換器，3為饋源，4為反射背腔，5為法蘭盤，6為方形波導(dǎo)，7為喇叭天線，8為第一矩形波導(dǎo)，9為N型頭，10為第二矩形波導(dǎo)，11為半圓柱形凹槽反射面，12為階梯型金屬隔板，13為秤砣型金屬部。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]請同時參閱圖1至圖7，一種緊湊型寬帶圓極化器，包括:方圓轉(zhuǎn)換器、模式變換器、反射背腔和饋源，方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接至模式變換器上端，反射背腔和饋源連接且二者均通過法蘭盤連接至模式變換器下端。
[0035]進(jìn)一步地，方圓轉(zhuǎn)換器為一由四邊形內(nèi)端口過渡到圓形內(nèi)端口的長方體。模式變換器包括方形波導(dǎo)和階梯形金屬隔板，階梯形金屬隔板的階數(shù)為多階，階梯形金屬隔板設(shè)置在方形波導(dǎo)正中間，且階梯形金屬隔板通過內(nèi)嵌螺釘與方形波導(dǎo)連接。饋源為同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器包括N型頭、秤砣形金屬部和第一矩形波導(dǎo)，秤砣形金屬部與N型頭螺紋連接，N型頭通過法蘭盤與第一矩形波導(dǎo)連接。反射背腔包括第二矩形波導(dǎo)和半圓柱形凹槽反射面，第二矩形波導(dǎo)與半圓柱形凹槽反射面連接。
[0036]進(jìn)一步地，反射背腔和饋源一體成型。
[0037]進(jìn)一步地，該緊湊型寬帶圓極化器還包括喇叭天線，喇叭天線與方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接。喇叭天線為橢圓口徑喇叭天線、圓口徑喇叭天線、或方形口徑喇叭天線。
[0038]進(jìn)一步地，該緊湊型寬帶圓極化器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，其在C波段的三維尺寸為120mm X 50mm X 45mm ο
[0039]本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器的工作原理如下:N型頭的TEM模通過同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為TElO模，TElO模經(jīng)過模式變換器和反射背腔的雙重作用，產(chǎn)生幅值相同，相位相差90度并相互正交的TElO模和TEOl模，該圓極化波通過方圓變換器，最后通過喇叭天線輻射到自由空間。
[0040]如圖8至圖13所示，其為本發(fā)明緊湊型寬帶圓極化器與喇叭天線連接的四視圖及剖面圖。本實(shí)施例主要包含五個組成部分，依次為喇叭天線、方圓轉(zhuǎn)換器、模式變換器、饋源和反射背腔，如圖8至圖13所示。其中，喇叭天線由圓形內(nèi)口徑過渡到橢圓內(nèi)口徑；方圓變換器由四邊形內(nèi)端口過渡到圓形內(nèi)端口，外形為長方體；模式變換器由矩形波導(dǎo)和階梯形金屬隔板組成；饋源通過同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生需要的導(dǎo)波，同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器由N型頭、秤砣形金屬和矩形波導(dǎo)組成；反射背腔由矩形波導(dǎo)和半圓柱形凹槽反射面組成。
[0041]下面結(jié)合圖8至圖13對本發(fā)明的連接關(guān)系作詳細(xì)說明，喇叭天線與方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接，方圓轉(zhuǎn)換器與模式變換器上端通過法蘭盤連接，階梯型金屬隔板通過內(nèi)嵌螺釘與方波導(dǎo)固定在一起，同軸波導(dǎo)饋源與反射背腔一體化加工，與模式變換器下端通過法蘭盤連接。同軸波導(dǎo)饋源中的秤砣形金屬通過內(nèi)嵌螺紋與N型頭連接，N型頭通過法蘭盤與矩形波導(dǎo)連接。
[0042]具體地，喇叭天線由圓形內(nèi)口徑過渡到橢圓內(nèi)口徑，圓形口徑半徑為22mm，橢圓口徑的長半軸為45mm,短半軸為38mm,喇卩八天線長度為35mm ;方圓變換器由四邊形內(nèi)端口過渡到圓形內(nèi)端口，四邊形內(nèi)端口面積為44mm*40mm,圓形內(nèi)端口半徑為22mm ;模式變換器由方形波導(dǎo)和階梯形金屬隔板組成，方形波導(dǎo)的內(nèi)口徑為44mm*40mm,波導(dǎo)壁厚為2mm,階梯形金屬隔板厚度為4mm,共有5階。第一階的階梯的高度為9mm,第二階到第五階的階梯高度均為8mm,第一階到第五階的階梯寬度分別為40.386mm、28mm、20mm、13mm和7mm。反射背腔主要包括矩形波導(dǎo)和半圓柱形凹槽反射面兩個組成部分，其中矩形波導(dǎo)的內(nèi)口徑為20.193mm*40.3863mm，矩形波導(dǎo)長度為16mm，凹槽反射面直徑為20.193mm。同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的秤砣形金屬由阻抗轉(zhuǎn)換的金屬圓臺和金屬圓柱組成。圓極化天線通過N型頭饋電，立體結(jié)構(gòu)的三維尺寸為155mmX 50mmX 50mm。
[0043]如圖14所示是本實(shí)施例的仿真得到的回波損耗圖。從圖中可以看出，在
4.2GHz-10GHz頻段內(nèi)回波損耗小于_10dB。
[0044]如圖15所示是本實(shí)例的仿真得到的各個頻點(diǎn)最小軸比圖。從圖中可以看出，在lGHz-10GHz頻段內(nèi)，最小軸比均小于ldB。
[0045]如圖16所示是本實(shí)例在5.lGHz,Phi=90deg的軸比-Theta圖。從圖中可以看出，在Phi=90deg時，3dB的軸比波束寬度大于60deg。
[0046]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，包括:方圓轉(zhuǎn)換器、模式變換器、反射背腔和饋源，所述方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接至所述模式變換器上端，所述反射背腔和饋源連接且二者均通過法蘭盤連接至所述模式變換器下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述方圓轉(zhuǎn)換器為一由四邊形內(nèi)端口過渡到圓形內(nèi)端口的長方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述模式變換器包括方形波導(dǎo)和階梯形金屬隔板，所述階梯形金屬隔板的階數(shù)為多階，所述階梯形金屬隔板設(shè)置在所述方形波導(dǎo)正中間，且所述階梯形金屬隔板通過內(nèi)嵌螺釘與所述方形波導(dǎo)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述饋源為同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器包括N型頭、秤砣形金屬部和第一矩形波導(dǎo)，所述秤砣形金屬部與所述N型頭螺紋連接，所述N型頭通過法蘭盤與所述第一矩形波導(dǎo)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述反射背腔包括第二矩形波導(dǎo)和半圓柱形凹槽反射面，所述第二矩形波導(dǎo)與半圓柱形凹槽反射面連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述反射背腔和饋源一體成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，還包括喇叭天線，所述喇叭天線與所述方圓轉(zhuǎn)換器通過法蘭盤連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述喇叭天線為橢圓口徑喇叭天線、圓口徑喇叭天線、或方形口徑喇叭天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型寬帶圓極化器，其特征在于，所述緊湊型寬帶圓極化器在C波段的三維尺寸為120_X50_X45mm。
【文檔編號】H01Q15/24GK103457033SQ201310379803
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】黃陽鎮(zhèn), 耿軍平, 梁仙靈, 金榮洪, 白旭東 申請人:上海交通大學(xué)