[发明专利]波导正交模转换器

说明书

本发明提供了一种波导正交模转换器，包括金属壳体，金属壳体包括极化分离器、两组弯曲波导及两个功率合成器，两组弯曲波导分别连接于极化分离器与两个功率合成器之间。极化分离器用于将同一波导内同步传输的两个相互正交的线极化波在各自的极化方向上分离为两路等幅反相的信号，两组弯曲波导将极化分离的信号传输到功率合成器，功率合成器将每个极化方向上的两路等幅反相的信号合成为一路。金属壳体具有内腔，内腔分别贯穿极化分离器、两组弯曲波导及两个功率合成器，内腔由平滑且连续的曲面围合形成。本发明将金属壳体的内腔设计为由平滑且连续的曲面围合形成，使得金属壳体的内部无任何突变的不连续性结构，完全融合了3‑D打印的工艺原理。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体而言，是涉及一种波导正交模转换器。

背景技术

波导正交模转换器是用于合成或分离两个相互正交的电磁波信号的三端口无源器件，三个端口包括一个公共端口和两个独立端口，在公共端口传输两个正交的线极化波，在两个独立端口分别传输每个极化方向上的波，两个独立端口之间相互隔离，两个线极化波之间相互隔离。因波导正交模转换器可以同时独立传输两个相互正交的线极化波，它可以作为双极化波导天线的后端，在卫星通信系统中充当关键角色，可以提高星地通信系统的信道复用能力和通信链路的收发带宽。波导正交模转换器根据功能结构的特点主要分为三大类：侧臂型(Sidearm)、十字结型(Turnstile)和结型，其中，侧臂型的结构最简单，但难以实现宽带的射频性能，而十字结型(Turnstile)和结型能够实现宽带的射频性能，它们的核心功能结构包括极化分离器和功率合成器，并通过多段渐变的弯曲波导实现腔体结构的连通。

传统技术中，波导正交模转换器根据应用频段和尺寸要求通常采用计算机数控(CNC)铣或微加工工艺制造，这些加工工艺可以实现较高的精度，但在制造复杂结构时局限性较大。一个复杂的波导正交模转换器往往需要拆分成多个部件分别加工，再进行拼接装配，由加工误差带来的装配部件之间的间隙和其它不连续性结构会造成射频性能的恶化；同时，由于传统波导正交模转换器的冗余结构材料多，装配紧固件多，器件重量大，不利于通信系统的轻量化和小型化。

波导正交模转换器一种可选的替代加工方案是增材制造技术，即3-D打印。虽然传统的波导正交模转换器可以采用3-D打印工艺制造成型，但是波导正交模转换器的传统结构和3-D打印工艺之间存在显著的矛盾，两者兼容性差，具体表现在以下几个方面：(1)具有内腔的波导正交模转换器难以一体化3-D 打印成型；(2)内腔中的悬挂结构在3-D打印过程中需要支撑，但内腔中的支撑结构在工艺结束后难以去除；(3)内腔中的膜片等微细结构容易形变；(4) 由3-D打印材料和工艺本身造成的形变对波导正交模转换器的射频性能影响较大；(5)波导正交模转换器的阶梯波导渐变等不连续性结构，3-D打印成型后表面质量差，容易出现破损和打印材料残留等问题。例如，传统Turnstile十字结的四个极化分离端口(矩形波导)与公共端口(方波导或圆波导)在电磁波的传播方向上相互垂直，用3-D打印工艺加工前必须选择合适的打印成型方向，以保证波导正交模转换器的成型不需要任何内部支撑，通常这种成型方向需要将波导正交模转换器倾斜一个角度，倾斜打印波导正交模转换器将导致其内部的极化分离和阻抗匹配使能结构在成型后产生形变，破坏了使能结构的对称性，导致波导正交模转换器的反射性能和隔离度恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波导正交模转换器，以解决现有技术中存在的波导正交模转换器采用3-D打印工艺制造时内腔需要支撑及容易变形等技术问题。