本實(shí)用新型涉及一種Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)，特別涉及兩種工作狀態(tài)，分別為Ku頻段收發(fā)線極化工作狀態(tài)和Ku頻段收發(fā)圓極化工作狀態(tài)，屬于反射面天線饋源網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在衛(wèi)星通信與測(cè)控系統(tǒng)中，反射面天線是不可或缺的重要組成部分，它的性能直接決定了整個(gè)衛(wèi)星通信與測(cè)控系統(tǒng)的性能。饋源網(wǎng)絡(luò)作為反射面天線的核心部件，用于實(shí)現(xiàn)反射面天線收發(fā)共用或者極化復(fù)用的功能。隨著衛(wèi)星通信與測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)經(jīng)常要求反射面天線饋源網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具有收發(fā)共用和極化復(fù)用功能，并對(duì)其電氣性能、結(jié)構(gòu)形式、可靠性和可維護(hù)性等要求越來(lái)越高。

目前國(guó)內(nèi)外反射面天線的收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)大多采用波導(dǎo)分波頭將接收和發(fā)射頻段信號(hào)分開，接收和發(fā)射頻段信號(hào)再分別通過(guò)波導(dǎo)移相器和正交模耦合器實(shí)現(xiàn)水平、垂直線極化或者左、右旋圓極化信號(hào)的極化鑒別功能；線圓極化的切換功能是利用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)波導(dǎo)移相器繞饋源網(wǎng)絡(luò)軸線做0°～45°的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在波導(dǎo)移相器兩端連接有圓波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。采用上述結(jié)構(gòu)形式的饋源網(wǎng)絡(luò)，雖然原理簡(jiǎn)單，技術(shù)較成熟，但是由于波導(dǎo)分波頭帶寬較窄，直接影響了饋源網(wǎng)絡(luò)的工作帶寬，且整個(gè)饋源網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工作量大，不適合批量生產(chǎn)。同時(shí)，由于采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)波導(dǎo)移相器實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化之間的切換，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，切換時(shí)間長(zhǎng)，切換到位率低，可靠性較差。最重要的問(wèn)題是，由于圓波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的影響，難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)饋源網(wǎng)絡(luò)的氣密性，即便采用帶油封的氣密型圓波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由于油封的磨損和老化，難以實(shí)現(xiàn)饋源網(wǎng)絡(luò)整個(gè)生命周期的氣密性，且更換油封等維護(hù)工作較困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種性能優(yōu)良的收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)，它不僅具有較寬的工作頻帶，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電氣性能好、免于調(diào)試等特點(diǎn)，同時(shí)，它還滿足線圓極化切換時(shí)間快，狀態(tài)穩(wěn)定，可靠性高，氣密性好等要求，適用于高性能反射面天線。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

提供了一種Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)，其包括，由Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)1和Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)2復(fù)合而成，Ku頻段收發(fā)四端 口網(wǎng)絡(luò)1的四個(gè)輸出端口與Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)復(fù)合2的四個(gè)輸入端口分別一一對(duì)應(yīng)相連通；

所述Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)2包括發(fā)射單元2a和接收單元2b；

所述的發(fā)射單元2a包括左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202，所述的左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的圓極化端口上各接有一移相器，兩個(gè)移相器的接收頻段相位差為90°，兩個(gè)移相器分別一一對(duì)應(yīng)的連接到一波導(dǎo)魔T207的兩個(gè)合成端口上，波導(dǎo)魔T207的H臂端口通過(guò)第三U形彎波導(dǎo)208連接到左旋波導(dǎo)開關(guān)201的左旋信號(hào)接收端，波導(dǎo)魔T207的E臂端口通過(guò)第四U形彎波導(dǎo)209連接到右旋波導(dǎo)開關(guān)202的右旋信號(hào)接收端，在左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的信號(hào)收發(fā)端口上各接有第五U形彎波導(dǎo)203；

所述的發(fā)射單元和接收單元的結(jié)構(gòu)相同。

進(jìn)一步的，所述的Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)1包括門扭式分波頭101、在門扭式分波頭101的四個(gè)波導(dǎo)口上分別接有兩個(gè)第一U形彎波導(dǎo)102和兩個(gè)第二U形彎波導(dǎo)103，兩個(gè)第一U形彎波導(dǎo)102相對(duì)稱設(shè)置，兩個(gè)第二U形彎波導(dǎo)103相對(duì)稱設(shè)置，所述的第一U形彎波導(dǎo)102接到第二寬帶魔T105上，第二U形彎波導(dǎo)103接到第一寬帶魔T104上，第一寬帶魔T位于第二寬帶魔T上方，在第一寬帶魔T上接有波導(dǎo)負(fù)載106，第一寬帶魔T104的E臂端口連接到第一雙工器111的公共端口，第二寬帶魔T105接有波導(dǎo)負(fù)載106，第二寬帶魔T105的E臂端口連接到第二雙工器112的公共端口。

進(jìn)一步的，所述的第一寬帶魔T104的E臂端口與-45°扭波導(dǎo)107相連，-45°扭波導(dǎo)107通過(guò)相位補(bǔ)償波導(dǎo)109連接到第二雙工器的公共端口，所述的第二寬帶魔T105的E臂端口+45°扭波導(dǎo)108相連，+45°扭波導(dǎo)108通過(guò)波導(dǎo)連接到第一雙工器的公共端口。

進(jìn)一步的，所述的第一雙工器111和第二雙工器112的公共端口相齊平。

進(jìn)一步的，所述的門扭式分波頭101的中央設(shè)有匹配階梯。

進(jìn)一步的，所述彎波導(dǎo)的匹配結(jié)構(gòu)均為3階臺(tái)階形式。

進(jìn)一步的，在左旋波導(dǎo)開關(guān)上接有+45°移相器204，在右旋波導(dǎo)開關(guān)接有-45°移相器205。

進(jìn)一步的，所述的+45°移相器204BJ120為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)加載電容膜片結(jié)構(gòu)，-45°移相器205為BJ120標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)加載電感膜片形式。

進(jìn)一步的，所述第一寬帶魔T104為扁波導(dǎo)加載金屬匹配圓柱設(shè)計(jì)形式的寬帶魔T，通過(guò)三階階梯過(guò)渡到BJ120標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)接口。

進(jìn)一步的，所述第一U形彎波導(dǎo)102和第二U形彎波導(dǎo)103的電長(zhǎng)度差值等于相位補(bǔ)償波導(dǎo)109的電長(zhǎng)度。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本實(shí)用新型采用門扭式分波頭和寬帶波導(dǎo)魔T作為信號(hào)的分解與合成的主要器件，在接收頻段到發(fā)射頻段整個(gè)頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配，很好地控制了相位一致性，為減小圓極化信號(hào)的軸比創(chuàng)造了有利條件。

(2)本實(shí)用新型采用收發(fā)頻率雙工器實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的分離，接收與發(fā)射頻段之間的隔離度能夠做到95dB以上。

(3)本實(shí)用新型采用±45°移相器作為合成圓極化信號(hào)的移相器件，工作頻帶寬，并且實(shí)現(xiàn)了接收頻段圓極化信號(hào)和發(fā)射頻段圓極化信號(hào)的分開合成，便于控制移相量，減小圓極化軸比。

(4)本實(shí)用新型采用波導(dǎo)開關(guān)作為線圓極化切換的關(guān)鍵器件，切換迅速，切換到位率高，并且可靠性高，便于維護(hù)。

(5)本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，駐波、差損、交叉極化、圓極化軸比、隔離度等電氣性能優(yōu)良，便于模塊化等優(yōu)點(diǎn)。

(6)本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)饋源網(wǎng)絡(luò)的氣密性要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本實(shí)用新型的門扭式分波頭的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本實(shí)用新型的寬帶波導(dǎo)魔T的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本實(shí)用新型的寬帶波導(dǎo)魔T的A方向剖視圖。

圖6是本實(shí)用新型的寬帶波導(dǎo)魔T的B方向剖視圖。

圖7是本實(shí)用新型的Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本實(shí)用新型的波導(dǎo)開關(guān)A狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本實(shí)用新型的波導(dǎo)開關(guān)B狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖10是本實(shí)用新型的+45°移相器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實(shí)用新型的-45°移相器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本實(shí)用新型的E面彎波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13是本實(shí)用新型的H面彎波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)1、門扭式分波頭101、第一U形彎波導(dǎo)102、第二U形彎波導(dǎo)103、第一寬帶魔T104、第二寬帶魔T105、波導(dǎo)負(fù)載106、-45°扭波導(dǎo)107、+45°扭波導(dǎo)108、相位補(bǔ)償波導(dǎo)109、Z形彎波導(dǎo)110、第一雙工器111、第二 雙工器112。

Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)復(fù)合2、發(fā)射單元2a、和接收單元2b、左旋波導(dǎo)開關(guān)201、和右旋波導(dǎo)開關(guān)202、第五U形彎波導(dǎo)203、+45°移相器204、-45°移相器205、波導(dǎo)魔T207、第三U形彎波導(dǎo)208、第四U形彎波導(dǎo)209。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

如圖1所示為本實(shí)用新型Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)用新型Ku頻段收發(fā)共用線圓極化復(fù)用饋源網(wǎng)絡(luò)由Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)1和Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)2復(fù)合而成。

如圖2所示Ku頻段收發(fā)四端口網(wǎng)絡(luò)1包括門扭式分波頭101、第一U形彎波導(dǎo)102、第二U形彎波導(dǎo)103、第一寬帶魔T104、第二寬帶魔T105、波導(dǎo)負(fù)載106、-45°扭波導(dǎo)107、+45°扭波導(dǎo)108、相位補(bǔ)償波導(dǎo)109、Z形彎波導(dǎo)110、第一雙工器111、第二雙工器112組成,門扭式分波頭101如圖3所示為5端口分波器件,其圓波導(dǎo)端口為公共端口,4個(gè)輸出端口為BJ120標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)接口，且呈十字結(jié)構(gòu)分布，門扭式分波頭101的匹配結(jié)構(gòu)為兩階圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，駐波小于1.12，在門扭式分波頭101的四個(gè)波導(dǎo)口上分別接有兩個(gè)第一U形彎波導(dǎo)102和兩個(gè)第二U形彎波導(dǎo)103，兩個(gè)第一U形彎波導(dǎo)102相對(duì)稱設(shè)置，兩個(gè)第二U形彎波導(dǎo)103相對(duì)稱設(shè)置,兩個(gè)第一U形彎波導(dǎo)102所在平面與兩個(gè)第二U形彎波導(dǎo)103所在平面相正交，所述的第一U形彎波導(dǎo)102接到第二寬帶魔T105上，第二U形彎波導(dǎo)103接到第一寬帶魔T104上，第一寬帶魔T位于第二寬帶魔T上方，第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105接有波導(dǎo)負(fù)載106，在第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105的E臂端口可以分別得到兩個(gè)頻率范圍10.7GHz～14.5GHz的極化相互正交的信號(hào)，在第一寬帶魔T104和第二寬帶魔T105的H臂端口分別連接一個(gè)波導(dǎo)負(fù)載105用于吸收由于相位不一致性激勵(lì)的反極化信號(hào)，寬帶波導(dǎo)魔T104的外形結(jié)構(gòu)和內(nèi)部剖視圖如圖4圖5圖6所示，由于采用寬帶設(shè)計(jì)原理，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，寬帶波導(dǎo)魔T104的E臂端口和H臂端口駐波均小于1.15，端口隔離度優(yōu)于40dB。第一寬帶魔T的E臂端口與-45°扭波導(dǎo)相連，-45°扭波導(dǎo)107通過(guò)相位補(bǔ)償波導(dǎo)109連接到第二雙工器的公共端口，所述的第二寬帶魔T105的E臂端口與+45°扭波導(dǎo)108相連，+45°扭波導(dǎo)108通過(guò)波導(dǎo)連接到第一雙工器的公共端口，第一雙工器111和第二雙工器112的公共端口相齊平。

第一寬帶波導(dǎo)魔T104的E臂端口輸出的極化信號(hào)再分別經(jīng)由順序連接的-45°扭波導(dǎo)107、Z形彎波導(dǎo)110、、進(jìn)入第一雙工器111，收、發(fā)兩個(gè)頻段信號(hào)分 離，實(shí)現(xiàn)收發(fā)共用功能。

第二寬帶波導(dǎo)魔T105的E臂端口輸出的極化信號(hào)再分別經(jīng)由順序連接的-45°扭波導(dǎo)107、相位補(bǔ)償波導(dǎo)109、Z形彎波導(dǎo)110進(jìn)入第二收發(fā)頻率雙工器112，收、發(fā)兩個(gè)頻段信號(hào)分離，實(shí)現(xiàn)收發(fā)共用功能。

所述第一U形彎波導(dǎo)102和第二U形彎波導(dǎo)103的電長(zhǎng)度差值等于相位補(bǔ)償波導(dǎo)109的電長(zhǎng)度。

為保證信號(hào)等相，-45°扭波導(dǎo)107與+45°扭波導(dǎo)108僅扭曲角度相差90°，電長(zhǎng)度相同；

如圖7所示Ku頻段線圓極化切換網(wǎng)絡(luò)2包括發(fā)射單元2a、和接收單元2b、發(fā)射單元和接收單元的結(jié)構(gòu)相同，發(fā)射單元由左旋波導(dǎo)開關(guān)201、和右旋波導(dǎo)開關(guān)202、第五U形彎波導(dǎo)203、+45°移相器204、-45°移相器205、波導(dǎo)魔T207、第三U形彎波導(dǎo)208、第四U形彎波導(dǎo)209組成。

所述的發(fā)射單元2a包括左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202，所述的左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的圓極化端口上各接有一移相器，兩個(gè)移相器的接收頻段相位差為90°，兩個(gè)移相器分別一一對(duì)應(yīng)的連接到一波導(dǎo)魔T207的兩個(gè)合成端口上，波導(dǎo)魔T207的H臂端口通過(guò)第三U形彎波導(dǎo)208連接到左旋波導(dǎo)開關(guān)201的左旋信號(hào)接收端，波導(dǎo)魔T207的E臂端口通過(guò)第四U形彎波導(dǎo)209連接到右旋波導(dǎo)開關(guān)202的右旋信號(hào)接收端，在左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的信號(hào)收發(fā)端上各接有一第五U形彎波導(dǎo)203，發(fā)射單元和接收單元并排設(shè)置。

在各個(gè)第五U形彎波導(dǎo)分別可以得到接收水平、垂直線極化和發(fā)射水平、垂直線極化信號(hào)，實(shí)現(xiàn)Ku頻段線極化信號(hào)的收發(fā)共用功能。

如圖8、圖9所示，左旋波導(dǎo)開關(guān)和右旋波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)相同，二者皆為四端口器件，可分別工作于A、B兩種狀態(tài)，A狀態(tài)時(shí)，端口1和端口2連通，端口3和端口4連通，兩個(gè)通路之間隔離；B狀態(tài)時(shí)，端口1和端口4連通，端口2和端口3連通，兩個(gè)通路之間隔離；

對(duì)各個(gè)端口按功能進(jìn)行區(qū)分，左旋波導(dǎo)開關(guān)的端口4作為圓極化端口，左旋波導(dǎo)開關(guān)的端口3作為左旋信號(hào)接收端，左旋波導(dǎo)開關(guān)的端口2作為信號(hào)收發(fā)端，左旋波導(dǎo)開關(guān)和右旋波導(dǎo)開關(guān)的端口1作為公共端口；右旋波導(dǎo)開關(guān)的端口2作為圓極化端口作為圓極化端口，右旋波導(dǎo)開關(guān)的端口3作為右旋信號(hào)接收端，右旋波導(dǎo)開關(guān)的端口4作為信號(hào)收發(fā)端，優(yōu)選波導(dǎo)開關(guān)的端口1作為公共端口。

所述的收發(fā)信號(hào)及進(jìn)行左、右旋圓極化信號(hào)的合成方式是：

如圖2所示，第一雙工器和第二雙工器的發(fā)射端口分別連接到發(fā)射單元2a的左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的公共端口,第一雙工器和第二雙工器的接收端口分別連接到接收單元2b的左旋波導(dǎo)開關(guān)201和右旋波導(dǎo)開關(guān)202的公共端口,在發(fā)射單元 和接收單元的左旋波導(dǎo)開關(guān)201的圓極化端口上接有+45°移相器，在右旋波導(dǎo)開關(guān)201的圓極化端口上接有-45°移相器，兩個(gè)移相器分別一一對(duì)應(yīng)的連接到一波導(dǎo)魔T207的兩個(gè)合成端口上，由此控制左旋波導(dǎo)開關(guān)和右旋波導(dǎo)開關(guān)的工作狀態(tài)導(dǎo)通通道，即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)雙工器的接收端口分別與接收單元的，-45°移相器、+45°移相器的連通或與兩個(gè)雙工器的接收端口分別與第五U形彎波導(dǎo)203的連通，兩個(gè)雙工器的發(fā)射端口分別與發(fā)射單元的-45°移相器、+45°移相器的連通或兩個(gè)雙工器的發(fā)射端口分別與第五U形彎波導(dǎo)203的連通。

當(dāng)?shù)谝浑p工器和第二雙工器的發(fā)送端口與移相器連通時(shí)，由于-45°移相器204與+45°移相器203相差90°，正交的兩個(gè)頻段線極化信號(hào)在波導(dǎo)魔T內(nèi)即合成為左右旋圓極化信號(hào)，并分別沿著波導(dǎo)魔T207的E臂端口由第四U形彎波導(dǎo)輸送至右旋波導(dǎo)開關(guān)并沿著第五U形彎波導(dǎo)輸出，和沿著波導(dǎo)魔T207的H臂端口沿第三U形彎波導(dǎo)208連接到左旋波導(dǎo)開關(guān)201并沿著第五U形彎波導(dǎo)輸出，實(shí)現(xiàn)Ku頻段接收左、右旋圓極化信號(hào)的共用功能。

發(fā)射左、右旋圓極化信號(hào)的合成方式同理。

當(dāng)?shù)谝浑p工器和第二雙工器的發(fā)送端口與第五U形彎波導(dǎo)連通時(shí)，則第一雙工器和第二雙工器內(nèi)的水平、垂直信號(hào)直接經(jīng)由第五U形彎波導(dǎo)輸出。

發(fā)射水平、垂直信號(hào)的合成方式同理。

如圖10和圖11所示，發(fā)射頻段+45°移相器205和發(fā)射頻段-45°移相器206的結(jié)構(gòu)圖為矩形波導(dǎo)加載電容或電感膜片形式的移相器；

如圖12和圖13所示，上述各型彎波導(dǎo)的匹配結(jié)構(gòu)采用了3階臺(tái)階形式的匹配結(jié)構(gòu)，在10.7GHz～14.5GHz的頻率范圍內(nèi)，彎波導(dǎo)的駐波能夠優(yōu)于1.02，且加工一致性更易保證。上述寬帶波導(dǎo)魔T104和波導(dǎo)魔T207僅外部尺寸不同。