[发明专利]一种截顶圆锥匹配的同轴波导正交模耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信、导航测控及射电天文技术领域，特别是指一种截顶圆锥匹配的同轴波导正交模耦合器。

背景技术

在导航测控、卫星通信等领域收发共用已经普遍使用，而且随着卫星频谱资源的增多，双频共用或多频共用天线可以在仅增加少量成本的情况下实现一个天线使用于两个甚至多个频段，尤其是天线口径较大时，这种方式能显著降低天线系统成本，同时减少土地使用面积，方便用户站址的布设。

此外，随着电磁仿真软件的日渐成熟以及同轴十字转门耦合器技术的发展，同轴十字转门耦合器耦合波导端口的可用带宽越来越宽，已经可以满足双频段使用的带宽要求，此外，由于同轴十字转门耦合器的同轴内导体中空，可以形成圆波导用于传输更高频段的信号，因此，可以方便地用于构筑三频共用馈源系统，并且结构简单、不须调试。

但是，现有技术中的三频共用馈源系统在带宽较宽时还存在电气性能不佳等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种截顶圆锥匹配的同轴波导正交模耦合器，其能够改善同轴波导正交模耦合器频带高端的匹配特性，从而扩展现有同轴波导正交模耦合器的可用带宽。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种截顶圆锥匹配的同轴波导正交模耦合器，其包括十字转门接头，所述十字转门接头包括同轴波导结构、阻抗匹配结构以及四个围绕所述同轴波导结构均匀分布的矩形耦合波导结构，所述同轴波导结构的内导体金属的中央具有用于形成圆波导的圆柱形通孔，每两个相间的矩形耦合波导结构之间设有一组位于所述十字转门接头下方的功率合成/分配管路，所述功率合成/分配管路包括一个三端口的功率合成/分配器和两条位于同一平面内且围成矩形的连接管路，所述功率合成/分配器包括一个直波导结构、一个耦合腔体以及两个镜面对称的90°E面弯波导结构，所述功率合成/分配器的直波导结构与所述十字转门接头的同轴波导结构的端口朝向相反，所述功率合成/分配器的直波导结构与所述十字转门接头的同轴波导结构的所在直线相互平行且相对于矩形管路的中心点对称，两组功率合成/分配管路中功率合成/分配器的耦合腔体到十字转门接头的同轴波导结构的垂直距离相等，所述连接管路的一端连接一个所述矩形耦合波导结构，另一端连接所述功率合成/分配器的一个弯波导结构，每条连接管路均由三条截面相同的直波导结构以及两个90°E面弯波导结构组成，两组功率合成/分配管路以十字转门接头的轴线为轴呈相差90°的旋转对称关系，且两组功率合成/分配管路在轴向管路段上具有长度差异从而使它们的径向管路段在交叉位置处错开；

所述阻抗匹配结构为位于同轴波导结构内导体末端的金属圆台结构，所述金属圆台结构与同轴波导结构共轴且金属圆台结构的顶面直径大于同轴波导结构内导体金属的直径，所述金属圆台结构的底面与四个矩形耦合波导的底面相连。

可选的，所述矩形耦合波导结构中波导的窄边长度与所述连接管路中波导的窄边长度相等，所述矩形耦合波导结构中波导的宽边长度等于或小于所述连接管路中波导的宽边长度。

可选的，所述连接管路为E面U型切角弯波导元件。

从上面的叙述可以看出，本发明的有益效果在于：

1、本发明在同轴波导的底部采用了一种特殊结构的阻抗匹配结构，这种阻抗匹配结构为一种顶面直径大于同轴波导结构内导体金属直径的金属圆台结构，为了区别于顶面直径等于同轴波导结构内导体金属直径的圆台结构，可以将这种结构称为截顶圆锥结构，相应的顶面直径等于同轴波导结构内导体金属直径的圆台结构则称作圆锥结构（或未截顶的圆锥结构），实质上，这两种阻抗匹配结构从外形上来看都是圆台形状，区别仅在于圆台顶面的大小，从这个角度看，本发明的“截顶圆锥结构”可看作是在普通的圆台结构基础上进行再截顶而得到的一种更优化的阻抗匹配结构。这种截顶圆锥的阻抗匹配结构扩展了同轴波导接头高频端带宽，这种结构虽然会使低频带宽有所缩减，但相比高频区展宽的带宽要小，而且可以通过优化其他参数进而展宽同轴波导正交模耦合器的高低端带宽，具有结构简单、效果显著的特点。

2、本发明提出了一种同轴十字转门接头宽带结构，该结构在频带内的回波损耗小于-15dB，比现有结构展宽50 MHz左右，同时，该十字转门耦合器驻波、插入损耗较小，端口隔离良好。

3、本发明正交模耦合器可以用于L/S/C频段的三频共用系统，同轴波导输出矩形波导端口回波损耗小于-15dB的带宽大于1.24 GHz～2.25GHz。