CN101562280B - 一种双极化馈源装置及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于天线领域，提供了一种双极化馈源装置及天线，所述双极化馈源装置包括：依次连接的馈源喇叭、圆波导、圆-矩过渡单元、极化旋转器以及第二输入端口；位于所述圆波导中心轴线上的销钉单元；以及与所述圆波导馈电连接的第一输入端口；极化旋转器为与极化方向成锐角的波导；极化旋转器通过圆-矩过渡单元将所述第一输入端口的馈电波导与所述第二输入端口的馈电波导置于同一平面。本发明提供的双极化馈源装置采用波导式极化旋转器，并结合圆-矩过渡单元将两个输入端口的馈电波导置于同一平面，实现了较小尺寸的激励腔和较小的口面遮挡，同时满足了低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的要求。
Description
技术领域
本发明属于天线领域，尤其涉及一种双极化馈源装置及天线。
背景技术
前馈式双极化馈源装置为了满足频率复用的要求，交叉极化鉴别率必须优于-30dB，然而由于双极化馈源的两个正交极化成90度，两端口的馈电波导互相垂直，其中必有一根波导的较宽的边对天线辐射口面造成较大的遮挡，对天线的增益和方向图造成不良影响。因此，双极化馈源装置一般会采用极化旋转的结构，使两个端口的馈电波导置于同一平面，从而减少对天线口面的遮挡；同时一个合适的馈源喇叭也可以有效的减小馈源遮挡面积，并优化辐射方向图。
现有的双极化馈源装置采用的双正交器是通过旋转极化装置连接的组合结构，要么匹配性好，要么交叉极化鉴别率好；不能同时满足低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的要求。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种双极化馈源装置，旨在解决现有的双极化馈源不能同时满足低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种双极化馈源装置，所述双极化馈源装置包括：
依次连接的馈源喇叭、圆波导、圆-矩过渡单元、极化旋转器以及第二输入端口；
位于所述圆波导中心轴线上的销钉单元；以及
与所述圆波导馈电连接的第一输入端口；
所述极化旋转器为与极化方向成锐角的波导；所述极化旋转器通过所述圆-矩过渡单元将所述第一输入端口的馈电波导与所述第二输入端口的馈电波导置于同一平面。
在本发明实施例中，所述极化旋转器为与极化方向成45°角的双脊波导或矩形波导。
作为本发明的一个实施例，所述双脊波导的双脊宽度为工作波长的0.2～0.8倍。
在本发明实施例中，所述圆-矩过渡单元为2或3阶矩形到圆形渐变的过渡结构相连而成。
作为本发明的一个实施例，所述第一输入端口以及所述第二输入端口为矩形波导管，所述第一输入端口与所述圆波导通过窗口耦合的方式馈电连接。
在本发明实施例中，所述馈源喇叭为多模喇叭。
在本发明实施例中，所述销钉单元包括2-5根金属丝，所述金属丝位于所述圆波导中心轴线上且成一字型排列。
本发明实施例的目的还在于提供一种天线，所述天线包括：抛物面以及位于所述抛物面的焦点附近且以照射角照射所述抛物面的双极化馈源装置，所述双极化馈源装置采用上述双极化馈源装置。
作为本发明的一个实施例，所述双极化馈源装置照射所述抛物面的照射角为120°-160°。
作为本发明的一个实施例，所述抛物面边沿垂直延伸有金属围裙。
本发明实施例提供的双极化馈源装置采用波导式极化旋转器，并结合圆-矩过渡单元将两个输入端口的馈电波导置于同一平面，实现了较小尺寸的激励腔和较小的口面遮挡，同时满足了低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的双极化馈源装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的双极化馈源装置中极化旋转器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的双极化馈源装置采用波导式极化旋转器，并结合圆-矩过渡单元将两个输入端口的馈电波导置于同一平面，实现了较小尺寸的激励腔和较小的口面遮挡，同时满足了低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的要求。
本发明实施例提供的双极化馈源装置主要应用于微波通信天线中，其结构示意图如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
双极化馈源装置包括：馈源喇叭1、圆波导2、圆-矩过渡单元3、极化旋转器4、第二输入端口5、销钉单元6以及第一输入端口7；其中馈源喇叭1、圆波导2、圆-矩过渡单元3、极化旋转器4以及第二输入端口5依次配合连接；销钉单元6位于圆波导2的中心轴线上；第一输入端口7与圆波导2馈电连接；极化旋转器4为与极化方向成锐角的波导；极化旋转器4通过圆-矩过渡单元将第一输入端口7的馈电波导与第二输入端口5的馈电波导置于同一平面。
采用本发明实施例提供的双极化馈源装置既能实现较小口面遮挡，保证天线的效率在55％以上，又能同时满足低电压驻波比和高交叉极化鉴别率，即电压驻波比优于1.2∶1，交叉极化鉴别率优于-38dB。
在本发明实施例中，馈源喇叭1可以为双模喇叭，也可以为多模喇叭；通过激励起有益的高次模进行对初级方向图的修正等化，使主反射面得到更好的照射。其中，馈源喇叭1与圆波导2紧密配合连接，以免激励起不必要的高次模。
在本发明实施例中，圆波导2的一端与馈源喇叭1连接，另一端与圆-矩过渡单元3连接，圆波导2还通过窗口耦合的方式与第一输入端口7连接；可通过调整第一输入端口7的位置得到较好的电压驻波比，第一输入端口7的中心线与圆波导2和馈源喇叭1连接端面的垂直距离为0.5λ～2λ，一般取1.1λ。
作为本发明的一个实施例，圆波导2为金属管，金属管的内径为工作波长λ的0.3～0.38倍，一般取0.35λ；圆波导2用于传输主模TE11模，其他高次模均被截止。
在本发明实施例中，极化旋转器4的一端与第二输入端口5连接，另一端与圆-矩过渡单元3相连接；极化旋转器4可以采用双脊波导结构，也可以采用矩形波导结构，其中，矩形波导结构容易加工，但是匹配性较差；双脊波导结构加工稍复杂，但匹配性较好。
图2示出了采用双脊波导结构的极化旋转器的结构示意图，其中，极化旋转器4为与极化方向成45°角的双脊波导；双脊波导的双脊宽度a为工作波长λ的0.2～0.8倍，一般取0.5λ；可以通过调整双脊宽度a和圆角半径进行匹配，以获得更好的电压驻波比。
在本发明实施例中，圆-矩过渡单元3的一端与极化旋转器4连接，另一端与圆波导2连接；圆-矩过渡单元3可以为2或3阶矩形到圆形渐变的过渡结构相连而成，每阶结构为矩形与两个半圆结合而成，圆-矩过渡单元3中矩形的方向与第二输入端口5成90度；圆-矩过渡单元3也可以是其他由矩形向圆形渐变的结构组成。作为本发明的一个实施例，极化旋转器4与圆-矩过渡单元3可以加工成一个零件。
作为本发明的一个实施例，当圆-矩过渡单元3采用二阶形式时，可以使得双极化馈源装置的结构更简洁；当圆-矩过渡单元3采用三阶形式时，可以使双极化馈源装置获得更好的电压驻波比和隔离度。本发明实施例提供的双极化馈源装置通过采用二阶矩形到圆形渐变的过渡结构相连而成的圆-矩过渡单元3可以明显改善隔离度，可获得优于-45dB的隔离度。
在本发明实施例中，销钉单元6包括2-5根金属丝，金属丝位于圆波导2的中心轴线上且成一字型排列。金属丝的直径取0.5mm～1.5mm，一般取1mm；金属丝的长度以圆波导2的外径为准，金属丝以圆波导2的中心轴为轴排列成一排，并置于圆波导2的直径上，与第一输入端口7的极化方向平行。
作为本发明的一个实施例，2～5根金属丝绷直***圆波导2内，可以通过调整金属丝在圆波导2的中心轴上的位置得到较好的电压驻波比。另外，销钉单元6与极化旋转器4的距离应大于一定值，以避免出现谐振，这个值一般取0.2λ，其中λ为工作波长。
在本发明实施例中，第一输入端口7以及第二输入端口5均为矩形波导管；其中，第一输入端口7与圆波导2通过窗口耦合的方式馈电连接；第二输入端口5与极化旋转器4连接。另外，第一输入端口7与销钉单元6以及圆波导2一起形成正交器结构。
本发明实施例提供的双极化馈源装置与现有技术相比，摒弃了极化旋转装置连接双正交器的结构，采用了新颖的波导型极化旋转器4连接圆-矩过渡单元3的结构，巧妙地实现了极化旋转和圆-矩转变，有效地改善电压驻波比和保证极化纯度；同时还通过采用多模喇叭实现初级方向图的等化。
本发明实施例提供的天线包括抛物面以及双极化馈源装置；其中，双极化馈源装置包括：馈源喇叭1、圆波导2、圆-矩过渡单元3、极化旋转器4、第二输入端口5、销钉单元6以及第一输入端口7；馈源喇叭1处于抛物面的对称轴焦点附近，通过第一输入端口7与抛物面连接并固定，并且馈电喇叭1、圆波导2、销钉单元6、极化旋转器4、圆-矩过渡单元3与主反射面排成一列，以抛物面的对称轴为对称轴成轴对称或旋转对称。
作为本发明的一个实施例，第一输入端口7与抛物面通过氧焊的方式或者法兰连接并固定。
在本发明实施例中，抛物面具有一定的焦径比；双极化馈源装置位于抛物面的焦点附近且以某一照射角照射抛物面；其中，双极化馈源装置照射抛物面的照射角为120°-160°；通过双极化馈源装置以一定照射角对抛物面进行照射，可以使得天线获得更高的增益。
作为本发明的一个实施例，圆波导2的中心轴与旋转抛物面中心轴重合。
作为本发明的一个实施例，抛物面边沿垂直延伸有金属围裙，起屏蔽作用，可以抑制辐射旁瓣，优化辐射方向图。
本发明实施例提供的双极化馈源装置采用波导式极化旋转器，并结合圆-矩过渡单元将两个输入端口的馈电波导置于同一平面，实现了较小尺寸的激励腔和较小的口面遮挡，同时满足了低电压驻波比和高交叉极化鉴别率的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双极化馈源装置，其特征在于，所述双极化馈源装置包括：
依次连接的馈源喇叭、圆波导、圆-矩过渡单元、极化旋转器以及第二输入端口；
位于所述圆波导中心轴线上的销钉单元；以及
与所述圆波导馈电连接的第一输入端口；
所述极化旋转器为与极化方向成锐角的波导；所述极化旋转器通过所述圆-矩过渡单元将所述第一输入端口的馈电波导与所述第二输入端口的馈电波导置于同一平面。
2.如权利要求1所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述极化旋转器为与极化方向成45°角的双脊波导或矩形波导。
3.如权利要求2所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述双脊波导的双脊宽度为工作波长的0.2～0.8倍。
4.如权利要求1所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述圆-矩过渡单元为2或3阶矩形到圆形渐变的过渡结构相连而成。
5.如权利要求1所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述第一输入端口以及所述第二输入端口为矩形波导管，所述第一输入端口与所述圆波导通过窗口耦合的方式馈电连接。
6.如权利要求1所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述馈源喇叭为多模喇叭。
7.如权利要求1所述的双极化馈源装置，其特征在于，所述销钉单元包括2-5根金属丝，所述金属丝位于所述圆波导中心轴线上且成一字型排列。
8.一种天线，其特征在于，所述天线包括：抛物面以及位于所述抛物面的焦点附近且以照射角照射所述抛物面的双极化馈源装置，所述双极化馈源装置采用权利要求1-7任一项所述的双极化馈源装置。
9.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述双极化馈源装置照射所述抛物面的照射角为120°～160°。
10.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述抛物面边沿垂直延伸有金属围裙。
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