CN103730737B - 一种结构紧凑的楔形渐变波导腔圆极化器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构紧凑的楔形渐变波导腔体形式的圆极化器。技术方案包括输入端口、金属隔片、波导腔、输出端口。输入端口和输出端口均是方形波导口，并且输入端口的口径大于输出端口的口径；波导腔连接在输入端口和输出端口之间，呈楔形渐变形；金属隔片是楔形金属薄片并且一边开有阶梯；金属隔片固定在波导腔内，并且位于波导腔径向中心轴线所在的平面；金属隔片的底边与输入端口平齐，金属隔片的侧边与波导腔的内壁契合。本发明结构简单，尺寸较小，同时工作频带宽。

Description

一种结构紧凑的楔形渐变波导腔圆极化器

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种结构紧凑的楔形渐变波导腔圆极化器。

背景技术

微波***（如通信***）采用圆极化天线发射、接收电磁波，可确保其在任何放置状态下都能收到数据，实现数据的传输。圆极化器是圆极化天线的重要组成部件，用于实现电磁波不同极化形式间的相互转换，接收与圆极化天线极化匹配的电磁波，并抑制其它形式的极化波，以获得极化匹配，实现最佳接收。波导腔体形式的圆极化器是极化器的一种，主要实现线-圆极化之间的相互转换。

对于某些特定环境（如航天飞行器、卫星、弹头等）中工作的圆极化器，由于空间狭小、环境恶劣，需考虑天线的小型化、结构可靠性与安全性设计。现有圆极化器主要是阶梯型金属隔片形式的波导圆极化器，其结构分为输入端口转换部分d和极化转换部分e，如图1和图2所示。该类型极化器具有无需介质加载和可以整体加工的优势，目前主要有两种：输入端口转换部分d采用楔形渐进变换的圆极化器（图1），输入端口转换部分d采用阶梯渐进变换的圆极化器（图2）。上述两种圆极化器存在纵向尺寸大、不利***集成，频带宽度小，加工精度要求高、不利于其广泛应用等缺点。目前尚未发现圆极化器采用楔形渐变波导腔体形式。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑的楔形渐变波导腔体形式的圆极化器，解决现有圆极化器纵向尺寸大、不利***集成，频带宽度小，加工精度要求高等问题，最大限度的实现波导圆极化器的宽频带、小型化设计，拓展其应用范围。

本发明的技术方案是：一种结构紧凑的楔形渐变波导腔圆极化器（图3），包括输入端口1、金属隔片2、波导腔3、输出端口4。输入端口1和输出端口4均是方形波导口，并且输入端口1的口径大于输出端口4的口径；其特征在于，波导腔3连接在输入端口1和输出端口4之间，呈楔形渐变形；金属隔片2是楔形金属薄片并且一边开有阶梯21；金属隔片2固定在波导腔3内，并且位于波导腔3径向中心轴线所在的平面；金属隔片2的底边22与输入端口1平齐，金属隔片2的侧边23与波导腔3的内壁契合。

本发明的积极效果是：

本发明提供的楔形渐变波导腔圆极化器，楔形渐变波导腔与楔形渐变金属隔片完成输入矩形波导口到输出方形波导口的结构转换以及极化转换功能，相当于把输入端口转换部分和极化转换部分合二为一，有效地精简了结构、缩短了纵向尺寸，同时增加了工作频带宽度，为***小型化设计、***集成及在宽频带***中的应用提供了条件。

附图说明

图1是现有的输入端口转换部分采用楔形渐进变换的圆极化器的剖视图；

图2是现有的输入端口转换部分采用阶梯渐进变换的圆极化器的剖视图；

图3是本发明提供的楔形渐变波导腔圆极化器的剖视图；

图4是本发明提供的楔形渐变波导腔圆极化器的侧视图；

图5是本发明的尺寸示意图；

图6是本发明的金属隔片尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图4-6对本发明进行详细说明。如图4所示，输入端口1由金属隔片2等分成两个尺寸相等的标准矩形波导口，由其中一个标准矩形波导口输入的电磁波在波导腔3中传播时，在金属隔片2的作用下，在输出端口4形成两种正交模式，相位相差90°，并且两种模式的幅度相等，满足圆极化波形成的条件，在输出端口4处形成圆极化波并输出。

为了使本发明获得更佳的工作效果。输出端口4的口径，即正方形边长c，满足：

λ_L/2<c<λ_H/1.414。

λ_H表示工作频段的高频值对应的波长，λ_L表示工作频段的低频值对应的波长。

在由楔形渐变波导腔体到方形输出端口处，结构的不连续性会引起高次模，为消除高次模可使输出端口4具有一定深度H₂，如图5所示，深度H₂一般为工作中心频率波长的1/10左右。

本发明将现有波导圆极化器的输入端口转换部分d和极化转换部分e合二为一，极大缩短波导腔3的长度H₁，如图5所示，长度H₁的取值为工作中心频率波长的1.4倍左右即可。

金属隔片2的厚度t会影响圆极化器输出信号的正交模式的相位差、幅度等特性，从而影响圆极化器的轴比、驻波等性能。厚度t的选取需要考虑现有加工精度水平等现实因素，一般取值在0.5-1.0mm之间。

金属隔片2的阶梯21阶数一般选为5阶，如图6所示，设从输出端口4至输入端口1，每个阶梯的尺寸长度为L_i、宽度为W_i，i=1,2,3,4,5。则：

L₁=0.308λ0，W₁=0.055λ₀；

L₂=0.242λ0，W₂=0.132λ₀；

L₃=0.264λ0，W₃=0.220λ₀；

L₄=0.308λ0，W₄=0.308λ₀；

L₅=0.154λ0，W₅=0.473λ₀。

其中，λ₀表示工作中心频率对应波长。

对本发明提出的圆极化器进行了精确的电磁建模仿真计算，结果表明：本发明的纵向尺寸（即长度H1加输出端口深度H₂）约为工作中心频率对应波长λ₀的1.5倍时，轴比<0.5dB的工作带宽可达15%，驻波<1.1的工作带宽可达15%。而目前现有阶梯型金属隔片形式的波导圆极化器的纵向尺寸为中心频率对应波长的4倍时，轴比<0.5dB、驻波<1.1的工作带宽只有10%左右。

Claims (3)

1.一种楔形渐变波导腔圆极化器，其特征在于，包括输入端口(1)、金属隔片(2)、波导腔(3)、输出端口(4)；输入端口(1)和输出端口(4)均是方形波导口，并且输入端口(1)的口径大于输出端口(4)的口径；其特征在于，波导腔(3)连接在输入端口(1)和输出端口(4)之间，呈楔形渐变形；金属隔片(2)是楔形金属薄片；金属隔片(2)固定在波导腔(3)内，并且位于波导腔(3)径向中心轴线所在的平面；金属隔片(2)的底边(22)与输入端口(1)平齐，金属隔片(2)的侧边(23)与波导腔(3)的内壁契合，金属隔片(2)的顶边开有阶梯(21)，且底边(22)和顶边相对。

2.根据权利要求1所述的楔形渐变波导腔圆极化器，其特征在于，输出端口(4)的口径c，即方形波导口的正方形边长c，满足：

λ_L/2<c<λ_H/1.414

λ_H表示工作频段的高频值对应的波长，λ_L表示工作频段的低频值对应的波长。

3.根据权利要求2所述的楔形渐变波导腔圆极化器，其特征在于，金属隔片(2)的厚度t取值在0.5至1.0毫米之间。