CN209913009U - 具备分频功能的正交模耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具备分频功能的正交模耦合器，该正交模耦合器包括外壳，外壳上设置有公共输入端口、低频输出端口和高频输出端口，正交模耦合器还包括与公共输入端口连通的第一波导以及与低频输出端口连通的第二波导，第一波导的出口设置有低频功率分配器，第二波导的入口设置有低频功率合成器；公共输入端口与低频输出端口之间设置有低频传输通道，公共输入端口与高频输出端口之间设置有高频传输通道。本实用新型具备分频功能的正交模耦合器可实现双频同时工作，满足双频通信场景的需求。

Description

具备分频功能的正交模耦合器

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种具备分频功能的正交模耦合器。

背景技术

正交模耦合器(Ortho-Mode Transducer)，也称正交模变换器，其用于分离或混合两个相互正交的极化波的微波元件。正交模耦合器一般表现为三个物理端口，但电气上是四端口元件，其公共输入端口提供了两个电气端口，分别分配给两个独立的正交模。

众所周知，正交模耦合器适用于双极化天线的馈电网络，将正交模耦合器的两个基模端口分别作为天线信号的接收端和发射端，可实现双工器的功能。由于正交模耦合器在同一频率上使用极化方式不同且相互隔离的两个信道，因此，增加了通信的信道数量和***容量。

然而，现有的正交模耦合器大多为单频工作器件，其仅能够将同一频率下的水平极化波和垂直极化波分离，无法适用于双频或多频同时工作的通信场景。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种具备分频功能的正交模耦合器，以解决现有的正交模耦合器存在的工作频率单一的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种具备分频功能的正交模耦合器，该正交模耦合器用于电磁波信号的接收或发射，所述正交模耦合器包括外壳，所述外壳上设置有公共输入端口、低频输出端口和高频输出端口，所述正交模耦合器还包括与所述公共输入端口连通的第一波导以及与所述低频输出端口连通的第二波导，所述第一波导的出口设置有低频功率分配器，所述第二波导的入口设置有低频功率合成器；所述公共输入端口与所述低频输出端口之间设置有低频传输通道，所述公共输入端口与所述高频输出端口之间设置有高频传输通道。

优选地，所述低频传输通道包括设置在所述第一波导两侧且呈L字型的第一过渡波导、分别与两所述第一过渡波导连接的第二过渡波导，两所述第二过渡波导的分别与所述第二波导连通。

优选地，所述高频传输通道包括第三波导，所述第三波导的一端与所述高频输出端口连通，所述第三波导的另一端与所述公共输入端口直通。

优选地，所述高频传输通道还包括垂直设置在所述第三波导上的E面切角弯波导，所述E面切角弯波导的一端与所述第三波导连通，所述E面切角弯波导的另一端与所述高频输出端口连通。

优选地，所述第三波导与第一波导之间设置有用于调节阻抗匹配的第一阻抗变换器，所述第一阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器。

优选地，所述第一阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器，其设置为上下对称的第一阶梯结构。

优选地，还包括设置在所述第二波导内、用于调节阻抗匹配的第二阻抗变换器，所述第二阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器。

优选地，所述第二阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器，其包括位于所述第二波导的左右两侧壁上且对称设置的第二阶梯结构。

优选地，所述低频功率分配器设置为梯形结构，所述低频功率合成器设置为Y型结构。

本实用新型实施例的有益效果在于：低频和高频电磁波通过公共输入端口进入至第一波导并经由第一波导传输至正交模耦合器内，低频电磁波将通过低频传输通道进行传输并从低频输出端口输出，而高频电磁波将通过高频传输通道进行传输并从高频输出端口输出。低频电磁波在低频传输通道内首先进行功率分配，传输一端距离后，再进行功率合成，从低频输出端口输出。其中，低频电磁波和高频电磁波使用极化方式不同的两种正交波，例如水平极化波与垂直极化波。本实用新型所提出的正交模耦合器通过低频传输通道和高频传输通道分别传输两种不同极化方式的电磁波，并从低频输出端口和高频输出端口输出，从而实现对低频电磁波和高频电磁波的分离，即实现了正交模耦合器的双频工作。

附图说明

图1为本实用新型具备分频功能的正交模耦合器一实施例的结构示意图；

图2为图1所示的正交模耦合器在另一视角下的结构图；

图3为图1所示的正交模耦合器的内部结构示意图；

图4为图1所示的正交模耦合器的左视图；

图5为图4中B-B面所示的正交模耦合器的剖视图；

图6为本实用新型具备分频功能的正交模耦合器的低频仿真结果示意图；

图7为本实用新型具备分频功能的正交模耦合器的高频仿真结果示意图；

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种具备分频功能的正交模耦合器，参见图1至图3，该正交模耦合器包括外壳1，外壳1上设置有公共输入端口2、低频输出端口3和高频输出端口4，正交模耦合器还包括与公共输入端口2连通的第一波导5以及与低频输出端口3连通的第二波导6，第一波导5的出口设置有低频功率分配器7，第二波导6的入口设置有低频功率合成器8。其中，公共输入端口2与低频输出端口3之间设置有低频传输通道9，公共输入端口2与所述高频输出端口4之间设置有高频传输通道10。

需要说明的是，本实用新型技术方案中提及的低频电磁波和高频电磁波分别使用两种不同极化方式的正交波，例如水平极化波和垂直极化波，具体的，在本实用新型一实施例中，低频电磁波在第一波导5中的极化方式为水平极化，即低频传输的波的模式为TE₀₁，而高频电磁波在第一波导5中的极化方式为垂直极化，即高频传输的波的模式为TE₁₀。

进一步的，上述提及的第一波导5为方形波导或圆形波导，其主要用于传输两种极化形式的电磁波，例如相互正交的水平极化波和垂直极化波，在本实用新型一实施例中，第一波导5优选为方形波导。更进一步的，第二波导6为低频标准波导，其主要用于传输低频电磁波。

在上述实施例中，低频传输通道9包括设置在第一波导5两侧且呈L字型的第一过渡波导91、分别与两第一过渡波导91连接的第二过渡波导92，两第二过渡波导92的分别与第二波导6连通。

需要说明的是，第一过渡波导91与第二过渡波导92为标准波导，主要用于低频电磁波的过渡传输，以将其传输至第二波导6。结合图4和图5可知，两第一过渡波导91与两第二过渡波导92围合成矩形状壳体，该壳体属于外壳1的一部分。

在本实用新型实施例中，高频传输通道10包括第三波导101，第三波导101的一端与高频输出端口4连通，第三波导101的另一端与公共输入端口2直通。具体的，第三波导101为矩形波导，高频电磁波经第三波导101传输并从直接高频输出端口4输出。

在本实用新型一较佳实施例中，高频传输通道10还包括垂直设置在第三波导101上的E面切角弯波导102，E面切角弯波导102的一端与第三波导101连通，E面切角弯波导102的另一端与高频输出端口4连通。可以理解的是，本实用新型技术方案所提出的E面切角弯波导102，可便于高频输出端口4与其它器件连接。

在本实用新型另一较佳实施例中，第三波导101与第一波导5之间设置有用于调节阻抗匹配的第一阻抗变换器20，第一阻抗变换器20为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器或三角分布阻抗变换器。可以理解的是，本实用新型所提出的第一阻抗变换器20，可以是切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器，包括但不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

具体的，在本实用新型实施例中，参见图3，第一阻抗变换器20为切比雪夫阻抗变换器，其设置为上下对称的第一阶梯结构。可以理解的是，高频电磁波通过该阶梯形式的阻抗变换器，其传输路径从方形波导(第一波导5)过渡到高频标准波导(第三波导101)。更具体的，通过该阻抗变换器引导高频电磁波在直通方向传播，并将矩形波导的A边尺寸转换为高频标准波导的A边尺寸，矩形波导的B边尺寸转换为高频标准波导的B边尺寸。由于阻抗变换器的作用，高频电磁波在此传输过程中的反射很小，可有效降低正交模耦合器的功率损耗。需要说明的是，上述提及的第一阶梯结构为金属阶梯。

进一步的，通过调节阶梯水平方向的尺寸，可调节低频功率分配器7的功分效果、传输系数和损耗系数；通过调节阶梯垂直方向的尺寸，可调节高频电磁波的传输系数和损耗系数。

更进一步的，为了简化结构，可以直接由第一波导5过渡到第三波导101。为了降低功率损耗，还可在第一波导5与第三波导101的过渡部分设置销钉或金属隔片，以达到调节阻抗匹配的目的。具体的，加入金属隔片或销钉，在电路结构上相当于加入了电容或者电感，因此，其可消除波导阻抗中的电抗部分，从而使得波导中的阻抗呈现纯电阻状态，而这种状态下的波导阻抗是不存在功率损耗的。

在本实用新型又一较佳实施例中，具备分频功能的正交模耦合器还包括设置在第二波导6内、用于调节阻抗匹配的第二阻抗变换器30，第二阻抗变换器30为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器。可以理解的是，本实用新型所提出的第二阻抗变换器30，可以是切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器或三角分布阻抗变换器，包括但不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

具体的，在本实用新型实施例中，第二阻抗变换器30为切比雪夫阻抗变换器，其包括位于第二波导6的左右两侧壁上且对称设置的第二阶梯结构。由于该第二阻抗变换器30与上述提及的第一阻抗变换器的作用相同，均是用于调节阻抗匹配以降低功率损耗，提高功率容量和传输效率等，故在此不再赘述。

在上述各实施例中，低频功率分配器7设置为梯形结构，低频功率合成器8设置为Y型结构。

本实用新型所提出的具备分频功能的正交模耦合器的工作原理为：低频波段的电磁波极化方式为水平极化，其经公共输入端口2进入至第一波导5；而后，从第一波导5的出口输出，由低频功率分配器7对其进行功率分配，以将低频电磁波分配至左右对侧的呈L字型的两第一过渡波导91内并进行传输；然后，再经由两第二过渡波导92并通过低频功率合成器8对低频电磁波进行功率合成；最后，通过第二阻抗变换器30调节阻抗匹配并经由第二波导6从低频输出端口3输出。高频波段的电磁波的极化方式为垂直极化，其经公共输入端口2进入至第一波导5；而后，从第一波导5的出口输出并通过第一阻抗变换器20调节阻抗匹配；然后，通过第三波导101进行一段传输；最后，经由E面切角弯波导102传输并从高频输出端口4输出。

结合图1至图3可知，本实用新型所提出的具备分频功能的正交模耦合器的结构严格对称，可提高带宽和端口隔离度，同时，降低结构设计的复杂程度。

参见图6和图7，本实用新型具备分频功能的正交模耦合器经仿真分析后得出的相对带宽为：在低频波段为37％，高频段为14.5％，低频波段的电磁波和高频波段的电磁波均具有较好的传输特性。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (9)

1.一种具备分频功能的正交模耦合器，用于电磁波信号的接收或发射，其特征在于，所述正交模耦合器包括外壳，所述外壳上设置有公共输入端口、低频输出端口和高频输出端口，所述正交模耦合器还包括与所述公共输入端口连通的第一波导以及与所述低频输出端口连通的第二波导，所述第一波导的出口设置有低频功率分配器，所述第二波导的入口设置有低频功率合成器；所述公共输入端口与所述低频输出端口之间设置有低频传输通道，所述公共输入端口与所述高频输出端口之间设置有高频传输通道。

2.根据权利要求1所述的正交模耦合器，其特征在于，所述低频传输通道包括设置在所述第一波导两侧且呈L字型的第一过渡波导、分别与两所述第一过渡波导连接的第二过渡波导，两所述第二过渡波导的分别与所述第二波导连通。

3.根据权利要求1所述的正交模耦合器，其特征在于，所述高频传输通道包括第三波导，所述第三波导的一端与所述高频输出端口连通，所述第三波导的另一端与所述公共输入端口直通。

4.根据权利要求3所述的正交模耦合器，其特征在于，所述高频传输通道还包括垂直设置在所述第三波导上的E面切角弯波导，所述E面切角弯波导的一端与所述第三波导连通，所述E面切角弯波导的另一端与所述高频输出端口连通。

5.根据权利要求3所述的正交模耦合器，其特征在于，所述第三波导与第一波导之间设置有用于调节阻抗匹配的第一阻抗变换器，所述第一阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器。

6.根据权利要求5所述的正交模耦合器，其特征在于，所述第一阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器，其设置为上下对称的第一阶梯结构。

7.根据权利要求1所述的正交模耦合器，其特征在于，还包括设置在所述第二波导内、用于调节阻抗匹配的第二阻抗变换器，所述第二阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器、指数函数阻抗变换器、三角分布阻抗变换器或二项式阻抗变换器。

8.根据权利要求7所述的正交模耦合器，其特征在于，所述第二阻抗变换器为切比雪夫阻抗变换器，其包括位于所述第二波导的左右两侧壁上且对称设置的第二阶梯结构。

9.根据权利要求1所述的正交模耦合器，其特征在于，所述低频功率分配器设置为梯形结构，所述低频功率合成器设置为Y型结构。

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