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1、(10)申请公布号 CN 102403555 A (43)申请公布日 2012.04.04 C N 1 0 2 4 0 3 5 5 5 A *CN102403555A* (21)申请号 201010284559.3 (22)申请日 2010.09.17 H01P 1/17(2006.01) (71)申请人电子科技大学 地址 610054 四川省成都市成华区建设北路 二段四号 (72)发明人杨峰 张玉珍 欧阳骏 宋博 韩垒 (54) 发明名称 一种双频段宽带圆极化器 (57) 摘要 本发明提供了一种卫星通信中可用于同时收 发的双频段双圆极化馈源中的圆极化器，通过加 入金属脊结构，它比传统的圆极化。
2、器具有更宽的 工作带宽。本发明工作于K/Ka波段，在收发中心 频率比为32，带宽9.5内，轴比小于1dB。本 发明具有频带宽度宽、轴比特性好、插入损耗小、 功率容量大、易调节等优点。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 CN 102403558 A 1/1页 2 1.一种双频段宽带圆极化器装置，包括圆波导1、对称金属脊3以及在对称金属脊上的 双排螺钉2。 2.根据权利要求1所述的双频段宽带圆极化器，其特征在于，该圆极化器可工作于两 个频段，并且如果高低频段馈电电场与螺钉分别呈45度和-45度，就可。
3、分别形成左、右旋圆 极化工作方式。 3.根据权利要求1所述的双频段宽带圆极化器，其特征在于，金属脊对水平极化波和 垂直极化波的相移有补偿作用。 4.根据权利要求1所述的双频段宽带圆极化器，其特征在于，金属脊在圆波导中的高 度对圆极化器的最佳工作频段有调节作用。 5.根据权利要求1所述的双频段宽带圆极化器，其特征在于，螺钉在金属脊上，可同时 对螺钉和金属脊进行调整，以适应不同工作频段。 权 利 要 求 书CN 102403555 A CN 102403558 A 1/3页 3 一种双频段宽带圆极化器 技术领域 0001 本发明属于无线通信系统中馈源设计的技术领域，它特别涉及卫星通信中馈源设 计的。
4、双频段、双圆极化器等技术。 背景技术 0002 随着卫星通信事业的发展，现有的C、Ku频段卫星资源已不能满足日益增长的卫 星通信需求，开发K、Ka波段势在必行。卫星通信事业的蓬勃发展对其地面站天线提出了新 的要求，例如高增益、宽频带或多频段、低交叉极化、多波束、双极化或多极化等等，馈源是 整个天线系统的心脏，高性能馈源是高性能系统的首要条件。如何在K、Ka频段设计工作于 宽频带或多频段，具有低交叉极化特性，并能实现收发双极化或多极化的馈源，是卫星通信 事业对馈源设计的新要求。 0003 采用圆极化天线可提高系统的抗干扰能力，而圆极化器是圆极化天线波导馈源系 统的重要组成部分，它的性能好坏直接影。
5、响到天线的轴比性能，而轴比又是限制天线带宽 的瓶颈之一。因此，圆极化器的设计就成为了波导馈源系统设计的重中之重。 发明内容 0004 本发明目的在于提供一种工作于双频段馈源系统中的双频圆极化器，通过加入金 属脊结构，它比传统的圆极化器具有更宽的工作带宽。该圆极化器工作于K/Ka波段，具有 频带宽度宽、轴比特性好、插入损耗小、功率容量大、易调节等优点。 0005 本文所发明的双频段螺钉加脊圆极化器由圆波导1、两排对称螺钉2、对称金属脊 3组成。螺钉对于垂直极化波呈现容性电纳而产生滞后的相位，螺钉对于水平极化波呈现感 性电纳而产生超前的相位，当垂直极化波和水平极化波的相位差为90度时，就会形成圆极。
6、 化波。传统的螺钉圆极化器只是在圆波导中加入双排的螺钉作为移相元件，本发明在传统 圆极化器的基础上加入了对称金属脊结构，金属脊作为辅助的移相元，可以改变圆极化器 的相移量，加入金属脊后，本发明比传统圆极化器有以下优点： 0006 (1)、圆极化器的相位特性曲线更加平缓，增加了工作带宽； 0007 (2)、通过调节金属脊的深度可以在不改变圆波导半径的条件下适当调节圆极化 器的最佳工作频带； 0008 (3)、在金属脊上打孔插入螺钉，使用这样的结构不但金属脊的深浅可以调整，螺 钉的深度也可以调整，使圆极化器的调整更加方便。 附图说明 0009 图1是本发明结构的三视图； 0010 其中1是圆波导、。
7、2是两排对称螺钉、3是对称金属脊。 0011 图2是水平极化波和垂直极化波的驻波系数； 0012 图3是水平极化波和垂直极化波经过圆极化器后的相位差改变量； 说 明 书CN 102403555 A CN 102403558 A 2/3页 4 0013 图4是低频段轴比曲线； 0014 图5是高频段轴比曲线 具体实施方式 0015 参照图1，本发明的双频段螺钉加脊圆极化器由圆波导1、两排对称螺钉2、对称金 属脊3组成。 0016 本发明工作于K/Ka波段，圆极化器的一端接正交模耦合器用来发射和接收信号， 另一端接辐射器用来辐射和接收信号。与螺钉呈45度的极化波进入圆极化器后可分解为 垂直于螺钉的。
8、极化波与平行于螺钉的极化波，螺钉对两种极化波分别呈现容性和感性电纳 的作用，从而形成两种极化波相位的滞后和超前，当相位差为90度时就形成了圆极化波。 金属脊在其中起到了辅助移相元的作用，对确定最佳工作频带和扩展带宽都有重要的作 用。 0017 以下是圆极化器各个尺寸的选取原则和选取方法： 0018 圆波导半径的选取：圆波导半径的大小与两频段中最佳工作频段有非常重要的关 系，所以要精心选取圆波导的半径，本发明中圆波导半径选为5.56mm。 0019 螺钉对数的选取：螺钉对数主要决定圆极化器的带宽特性，但同时也要兼顾圆极 化器的长度来选取合适的螺钉对数，本发明中选取螺钉对数为15对。 0020 螺。
9、钉间距的选取：螺钉间距对驻波影响显著。螺钉对数大于15对时，螺钉间距在 0.41.4倍波导半径之间时，驻波均在1.1以下，本发明中螺钉间距为0.5倍圆波导半径。 0021 螺钉深度的选取：对相移量影响显著。一般设置两边螺钉深度逐渐加深，中 间螺钉等深度分布，这样既能保证驻波良好，又能保证所需相移量，本发明中采取中 间5对螺钉等深度分布，其他10对螺钉呈升高余弦形式分布，每个螺钉的深度由公式 确定，其中a、b为常数，N为螺钉总对数。本发明取a0.38， b0.42。 0022 螺钉半径的选取：螺钉半径对相移量有一定影响，本发明中螺钉半径选为0.1倍 圆波导半径。 0023 金属脊的选取：加脊可以。
10、对相移量有一定的补偿作用，可以适当改变最佳工作 频段并且可以使相位特性曲线更加平缓，扩展工作带宽。金属脊在圆波导内的的深度不 能太大，以减小反射和高次模的生成。本发明中金属脊宽度取2mm，在圆波导内的高度取 0.32mm。 0024 通过以上圆极化器各个尺寸的选择原则确定了圆极化器中具体尺寸，在两个频段 内水平极化波和垂直极化波的驻波系数小于1.2(见图2)，在20GHz和30GHz附近水平极化 波和垂直极化波相位相差为90度(见图3)，低频段轴比小于1dB的频带宽度为9.5(见 图4)，高频段轴比小于1dB的频带宽度为9.5(见图5)。 0025 通过改变螺钉的插入深度和金属脊在圆波导内的高。
11、度可以适当调节圆极化器的 最佳工作频带，从而适应不同馈源系统对圆极化器的要求。其他尺寸不变的情况下，只改变 螺钉深度的参数a(改变b结果类似)，最佳工作频点变化如表1所示，只改变金属脊在圆波 导内的高度，最佳工作频点变化如表2所示。由表1和表2可以看出，改变螺钉深度及金属 说 明 书CN 102403555 A CN 102403558 A 3/3页 5 脊在圆波导内的高度就可方便的调节圆极化器高低频最佳工作频点。因此可见，此种圆极 化器可适当的满足不同馈源系统的要求。 0026 表1 0027 a(mm) 0.6 0.65 0.7 0.75 低频最佳工作频点(GHz) 18.8 19.27 。
12、19.97 21.17 高频最佳工作频点(GHz) 34.4 32.19 29.92 27.25 0028 表2 0029 0030 以上，向熟悉本技术领域的人员提供本发明的描述以使他们易于理解与运用本发 明。对于熟悉本技术领域的人员，对这些实施的各种变更是显而易见的，而无需创造性的劳 动。因此，本发明并不仅限定在这里所述的方案，而是与所述的权利要求一致的范围。 说 明 书CN 102403555 A CN 102403558 A 1/3页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102403555 A CN 102403558 A 2/3页 7 图3 说 明 书 附 图CN 102403555 A CN 102403558 A 3/3页 8 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102403555 A 。