申请/专利权人：西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所)

申请日：2017-01-20

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN107086344B

主分类号：H01P5/16(20060101)

分类号：H01P5/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2017.09.15#实质审查的生效;2017.08.22#公开

摘要：本发明公开的一种耦合缝正交模耦合器，旨在提供一种结构简单、能够降低纵向尺寸，隔离度高的正交模耦合器。本发明通过下述技术方案予以实现：在方波导腔1底部与底部耦合结构3之间制有耦合缝隙31，底部耦合结构外侧壁制有单模传输波导32，正交极化模式中的垂直平面电磁波模式42通过耦合缝隙在方波导腔和单模传输波导之间耦合传输；侧壁耦合结构2的侧臂结合耦合缝隙21平行于方波导腔的侧壁，扁波导22水平面通过倒拐23垂直于侧壁耦合结构的上端，正交极化模式中的水平面电磁波模式41通过耦合缝隙21实现在方波导腔和扁波导之间的耦合传输。本发明适用于极低剖面双极化波导阵列天线的馈电结构。

主权项：1.一种耦合缝正交模耦合器，包括，矩形立方体构成的方波导腔（1）、位于方波导腔（1）一侧壁用于耦合水平面电磁波模式的侧壁耦合结构、位于方波导腔底面的用于耦合垂直面电磁波模式的底部耦合结构；侧壁耦合结构包括垂面侧壁耦合缝隙（21）和扁波导（22），垂面侧壁耦合缝隙（21）位于扁波导（22）和方波导腔之间，通过垂面侧壁耦合缝隙（21）实现水平面电磁波模式，在方波导腔和扁波导（22）之间的耦合传播，扁波导（22）面积最大的面与方波导腔的侧壁平行设置；底部耦合结构包括底部耦合缝隙和单模传输波导，底部耦合缝隙位于单模传输波导和方波导腔之间，通过底部耦合缝隙实现垂直电磁波模式在方波导腔和单模传输波导之间的耦合传输；其特征在于：扁波导（22）的上端面通过波导E面倒拐（23）形成垂直于方波导腔侧壁的波导部分以实现波导口的转换，水平面电磁波模式通过该波导部分进行耦合传输；方波导腔（1）的顶端连接一个喇叭天线或其它形式天线对天线进行激励，形成一个双极化天线单元，并且方波导腔（1）和位于其两个壁外波导构成正交模耦合器OMT，OMT方波导腔作为传输两种正交极化波的公共波导，把侧壁耦合结构和底部耦合结构分别作为传输这两种极化波的单模波导；正交极化模式中的垂直平面电磁波模式（42）通过底部耦合缝隙（31）在方波导腔（1）和单模传输波导（32）之间耦合传输；正交极化模式中的水平面电磁波模式（41）通过方波导腔（1）的侧壁激励起的电流流向垂面侧壁耦合缝隙（21），垂面侧壁耦合缝隙（21）对电流起切割作用，使垂面侧壁耦合缝隙（21）从方波导腔（1）中耦合水平面电磁波模式（41），同时，垂面侧壁耦合缝隙（21）在扁波导（22）的宽边面上偏离宽边面中心线，垂面侧壁耦合缝隙（21）切割宽边面上的横向电流，切割的电流强度在扁波导（22）的宽边面中心线上为零，且随着偏离中心线的偏移量增大而增大，偏离宽边面中心线的垂面侧壁耦合缝隙（21）又从扁波导（22）耦合能量，从而实现电磁模式水平面电磁波模式（41）在方波导腔（1）和扁波导（22）之间的耦合传输。

全文数据：耦合缝正交模耦合器技术领域[0001]本发明是关于一种被广泛使用在卫星通信、雷达系统和射电天文中的正交模转换器。基于缝隙耦合的新型正交模耦合器，特别适用于双极化波导阵列天线，作为双极化辐射天线单元的馈电结构。背景技术[0002]正交模耦合器也称正交模变换器，是用来分离或混合两个相互正交的极化波的微波元件。正交模耦合器分离公共端口上两正交主模，使之分离，供给单一端口。正交模分为水平，垂直两基検后，各自占总能量的一半。正交模親合器的主要功能是合成或分离两正交模式，被广泛使用在卫星通信、雷达系统和射电天文中，作为双极化天线馈电结构的重要组成部件。在卫通、雷达等电子系统中广泛应用的双极化波导阵列天线由众多双极化辐射阵元组阵而成，正交模耦合器是双极化波导阵列天线中实现天线馈源系统双极化工作的关键器件。每个双极化阵元采用一个单独的正交模耦合器馈电，所有的正交模耦合器再通过波导功分网络连接集成。[0003]现有的双极化波导平板阵列天线中采用的正交模耦合器一般是传统的锥变分支正交模耦合器，该正交模耦合器具有良好的电性能，但由于结构本身特性，纵向尺寸偏大，两个极化电磁波分量通过耦合或渐变过渡到两个E面波导即纵向放置的矩形波导，这也从理论上限制了进一步减小天线纵向尺寸的能力。而电子系统对天线的体积、重量要求越来越高。由于一些电子系统安装空间有限，天线的体积和重量是决定性指标，基于传统正交模耦合器的双极化波导阵列天线的厚度偏厚，不适用于这类系统。[0004]本发明提出了一种基于缝隙耦合的新型正交模耦合器，采用在方波导腔侧壁和底部开设耦合结构，将方波导腔内传输的两个正交模式分别耦合传输到两个横向排放的扁波导中，具有纵向尺寸大大降低、结构简单紧凑的优点，特别适用于追求极低剖面的双极化波导阵列天线。发明内容[0005]为了减轻重量并减小传输损耗，提高极化隔离度，传输馈线采用波导接口。本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、能够降低纵向尺寸，隔离度高，特别适用于极低剖面双极化波导阵列天线的正交模耦合器。[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:一种耦合缝正交模耦合器，包括，矩形立方体构成的方波导腔（1和两种正交极化模式的侧壁耦合结构2、位于所述矩形立方体下端的底部耦合结构3和扁波导22,其特征在于:在方波导腔1底部与底部耦合结构3之间制有耦合缝隙31，底部耦合结构3外侧壁制有单模传输波导32,正交极化模式中的垂直平面电磁波模式42通过耦合缝隙31在方波导腔1和单模传输波导32之间耦合传输;侧壁耦合结构2的侧臂结合耦合缝隙21平行于方波导腔1的侧壁，扁波导22水平面通过倒拐23垂直于侧壁耦合结构2的上端，正交极化模式中的水平面电磁波模式41通过耦合缝隙21实现在方波导腔1和扁波导22之间的耦合传输。[0007]本发明相比于现有技术具有如下有益效果：结构简单。本发明采用在方波导腔1侧壁和底部开设底部耦合结构，将方波导腔1内传输的两个正交电磁波模式水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42分别耦合传输到两个横向排放的扁波导22、传输波导32中，具有纵向尺寸大大降低、结构简单紧凑、易于加工的优点。[0008]能够降低纵向尺寸。在本发明中，侧壁耦合结构2的扁波导22通过台阶匹配的E面倒拐23变换成H面波导即横向排放波导，底部耦合结构3的传输波导32天然就是H面波导，H面波导占用纵向空间小且可以在设计功分网络时采用层叠的排布方式，具有利于功分网络布局和降低天线纵向尺寸的优点。单模波导采用标准矩形波导使馈源系统的排布和连接更加紧凑合理。[0009]隔离度高。本发明将垂面侧壁耦合缝隙21和底部耦合缝隙31开设在所在方波腔1侧面和底面的中心线上，由一段方波导和与其相垂直的两段标准矩形波导构成正交模耦合器0MT，将方波导作为传输两种正交极化波的公共波导，两矩形波导分别作为传输这两种极化波的单模波导。从理论上保证了两个正交模式41、42之间是物理隔离的，因此，两个正交模式之间隔离度非常高。[0010]本发明特别适用于极低剖面双极化波导阵列天线，作为双极化辐射天线单元的馈电结构。附图说明[0011]图1是本发明耦合缝正交模耦合器的透视结构示意图。[0012]图中：1方波导腔，2侧壁耦合结构，3底部耦合结构，21垂面侧壁耦合缝隙，22扁波导，23波导E面倒拐，31底部耦合缝隙，32传输波导，41水平面电磁波模式，42垂直平面电磁波模式。具体实施方式[0013]参阅图1。在以下描述的一个实施例中，一种耦合缝正交模耦合器，包括，矩形立方体构成的方波导腔1和两种正交极化模式的侧壁耦合结构2、位于所述矩形立方体下端的底部耦合结构3和扁波导22，其特征在于:在方波导腔1底部与底部耦合结构3之间制有耦合缝隙31，底部耦合结构3外侧壁制有单模传输波导32,正交极化模式中的垂直平面电磁波模式42通过耦合缝隙31在方波导腔1和单模传输波导32之间耦合传输;侧壁耦合结构2的侧臂结合耦合缝隙21平行于方波导腔1的侧壁缝隙，扁波导22水平面通过倒拐23垂直于侧壁耦合结构2的上端，正交极化模式中的水平面电磁波模式41通过耦合缝隙21实现在方波导腔1和扁波导22之间的耦合传输，且水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42两个正交模式之间是物理隔离的。[0014]方波导腔1是传输两个正交模式水平面电磁波电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42的一段方波导，方波导腔的顶端可连接到一个喇叭天线或其他形式天线对天线进行激励，形成一个双极化天线单元。方波导的侧壁和底部分别制有两个正交模式水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式似的侧壁耦合结构2、底部耦合结构3。侧壁耦合结构2位于方波导腔1的侧壁，包括垂面侧壁耦合缝隙21和扁波导22,通过垂面侧壁耦合缝隙21买现水平面电磁波模式41在方波导腔1和扁波导22之间的耦合传输。底部耦合结构3位于方波导腔1的底部，包括底部耦合缝隙31和传输波导32，通过底部耦合缝隙31实现垂直平面电磁波模式42在方波导腔1和传输波导32之间的耦合传输。垂面侧壁耦合缝隙21和底部耦合缝隙31均开设在所在方波腔1侧面和底面的中心线上，隔离两个正交模式水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42，可实现两个正交模式高度隔离。[0015]侧壁耦合结构2耦合传输方波导腔1中的水平面电磁波模式41，包括，垂面侧壁耦合缝隙21和扁波导22,垂面侧壁耦合缝隙21开设在方波导腔1的侧壁中心线上，水平面电磁波模式41在方波导腔的侧壁激励起的电流流向垂面侧壁稱合缝隙21，则垂面侧壁親合缝隙21对电流起切割作用，使垂面侧壁耦合缝隙21可以从方波腔中耦合水平面电磁波模式41，同时，垂面侧壁耦合缝隙21在扁波导22的宽边面上偏离宽边面中心线，垂面侧壁耦合缝隙21切割宽边面上的横向电流，切割的电流强度在扁波导22的宽边面中心线上为零，且随着偏离中心线的偏移量增大而增大，偏离宽边面中心线的垂面侧壁耦合缝隙21又可从扁波导22耦合能量，从而实现电磁模式水平面电磁波模式41在方波导腔1和扁波导22之间的耦合传输。[0016]底部耦合结构3耦合传输方波导腔1中的垂直平面电磁波模式42，包括，底部耦合缝隙31和传输波导32,底部耦合缝隙31开设在方波导腔1的底部中心线上，垂直电磁波模式42在方波导腔的底部激励起的电流流向底部耦合缝隙31，则底部耦合缝隙31对电流起切割作用，使底部耦合缝隙31可以从方波腔中耦合垂直平面电磁波模式42，同时，底部耦合缝隙31在传输波导32的宽边面上且偏离宽边面中心线，底部耦合缝隙3丨切割传输波导32的宽边面上的横向电流，切割的电流强度在传输波导32的宽边面中心线上为零，且随着偏离中心线的偏移量增大而增大，则偏离宽边面中心线的底部耦合缝隙31又可从传输波导32稱合能量，从而实现电磁模式42在方波导腔1和传输波导32之间的耦合传输。[0017]底部耦合结构2中的扁波导22采用台阶匹配的波导E面倒拐将波导出口变换成H面波导，底部耦合结构3种的传输波导32是天然的H面波导，H面波导出口结构利于功分网络的设计和排布。[0018]垂面侧壁耦合缝隙21、底部耦合缝隙31分别开设在方波导腔的侧壁和底部的中心线上，从理论上保证了两种耦合结构之间是物理隔离的，可以实现非常高的极化隔离度。

权利要求：1.—种耦合缝正交模耦合器，包括，矩形立方体构成的方波导腔1和两种正交极化模式的侧壁耦合结构2、位于所述矩形立方体下端的底部耦合结构3和扁波导（22，其特征在于:在方波导腔（1底部与底部耦合结构3之间制有耦合缝隙31，底部耦合结构3外侧壁制有单模传输波导32，正交极化模式中的垂直平面电磁波模式42通过耦合缝隙31在方波导腔⑴和单模传输波导C32之间耦合传输;侧壁耦合结构⑵的侧臂结合耦合缝隙（21平行于方波导腔（1的侧壁，扁波导22水平面通过倒拐23垂直于侧壁耦合结构2的上端，正交极化模式中的水平面电磁波模式41通过耦合缝隙（21实现在方波导腔1和扁波导22之间的耦合传输。2.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42两个正交模式之间是物理隔离的。3.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:方波导腔（1是传输两个正交模式水平面电磁波电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42的一段方波导，方波导腔的顶端可连接到一个喇叭天线或其他形式天线对天线进行激励，形成一个双极化天线单yL〇4.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:方波导（1的侧壁和底部分别制有两个正交模式水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42的侧壁耦合结构2和底部耦合结构3。5.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:侧壁耦合结构2位于方波导腔⑴的侧壁，包括垂面侧壁耦合缝隙21和扁波导22，通过垂面侧壁耦合缝隙21实现水平面电磁波模式41在方波导腔1和扁波导22之间的親合传输。6.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:底部耦合结构3位于方波导腔⑴的底部，包括底部耦合缝隙31和传输波导32，通过底部耦合缝隙31实现垂直平面电磁波模式42在方波导腔1和传输波导32之间的耦合传输。7.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:垂面侧壁耦合缝隙21和底部耦合缝隙（31均开设在所在方波腔（1侧面和底面的中心线上，隔离两个正交模式水平面电磁波模式41、垂直平面电磁波模式42。8.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于：侧壁耦合结构2耦合传输方波导腔（1中的水平面电磁波模式41，包括，垂面侧壁耦合缝隙（21和扁波导22，其中，垂面侧壁耦合缝隙21开设在方波导腔（1的侧壁中心线上，水平面电磁波模式41在方波导腔的侧壁激励起的电流流向垂面侧壁耦合缝隙21，垂面侧壁耦合缝隙2D对电流起切割作用，使垂面侧壁耦合缝隙（21从方波腔中耦合水平面电磁波模式41，同时，垂面侧壁耦合缝隙（21在扁波导22的宽边面上偏离宽边面中心线，垂面侧壁耦合缝隙2D切割宽边面上的横向电流，切割的电流强度在扁波导22的宽边面中心线上为零，且随着偏离中心线的偏移量增大而增大，偏离宽边面中心线的垂面侧壁稱合缝隙（2〖）又从扁波导22耦合能量，从而实现电磁模式水平面电磁波模式41在方波导腔1和扁波导（22之间的辜禹合传输。9.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:底部耦合结构3稱合传输方波导腔（1中的垂直平面电磁波模式42，包括，底部耦合缝隙（31和传输波导（32，底部耦合缝隙（31开设在方波导腔（1的底部中心线上，垂直电磁波模式42在方波导腔的底部激励起的电流流向底部親合缝隙31,则底部親合缝隙31对电流起切割作用，使底部耦合缝隙31从方波腔中耦合垂直平面电磁波模式42，同时，底部耦合缝隙31在传输波导32的宽边面上偏离宽边面中心线，底部耦合缝隙31切割传输波导3¾的宽边面上的横向电流，切割的电流强度在传输波导（32的宽边面中心线上为零，且随着偏离中心线的偏移量增大而增大，偏离宽边面中心线的底部耦合缝隙31又从传输波导32耦合能量，从而实现电磁模式42在方波导腔1和传输波导3¾之间的耦合传输。10.如权利要求1所述的耦合缝正交模耦合器，其特征在于:底部耦合结构2中的扁波导2¾采用台阶匹配的波导E面，倒拐将波导出口变换成H面波导，底部耦合结构⑶种的传输波导32是天然的H面波导，H面波导出口结构利于功分网络的设计和排布。

百度查询： 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 耦合缝正交模耦合器

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD