本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信天線技術領域中的一種正交模耦合器，具體涉及一種結構緊湊、用于實現微波信號在工作頻帶內由公共圓波導端口到兩個正交矩形波導端口的等相位傳輸的正交模耦合器。

背景技術：

正交模耦合器，簡稱OMT，又稱極化雙工器，是衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)中常用的一種基本元器件。正交模耦合器的作用是鑒別公共端口上兩個正交主模的獨立信號并將它們提供給單一信號端口的基模，使所有電氣端口匹配良好并且在兩個獨立信號端口之間具有高的交叉極化鑒別能力，所以對于正交模耦合器來說，工作帶寬、端口駐波和隔離度是關鍵技術指標。經過五六十年的發(fā)展，對于正交模耦合器的研究已相當深入，發(fā)表的相關文獻、公開的專利也恒河沙數，總結相關研究結果可以發(fā)現，過往設計師關注的重點和創(chuàng)新點主要集中在以下幾個方面：更高的頻段、更寬的工作帶寬、免調試能力等，而對于如何實現微波信號在工作頻帶內由公共端口到兩個獨立正交信號端口之間的等相位傳輸問題卻鮮有研究。

中國專利申請?zhí)枮?01210051767.8，名稱為《一種毫米波段寬帶正交模耦合器》，以及中國專利申請?zhí)枮?01310246948.0，名稱為《一種正交模耦合器》，兩份專利分別公布了兩種正交模耦合器，雖然結構形式上存在差異，但是本質上都是傳統(tǒng)設計理念上，實現了“更高的頻段、更寬的工作帶寬、免調試能力”，而公共端口和兩個獨立正交信號端口之間的傳輸相位差值較大，顯然無法實現等相位能力。中國專利申請?zhí)枮?01510651291.5，名稱為《Ka寬頻帶正交模耦合器》的專利，公布了一種工作于Ka頻段的寬頻帶正交模耦合器，雖然作者沒有關注等相位傳輸問題，但是基于結構上的對稱性，這一正交模耦合器理論上能夠實現微波信號在工作頻帶內由公共端口到兩個獨立正交信號端口之間的等相位傳輸，但是這一種正交模耦合器包含元器件太多，結構復雜，體積較大且加工制造有一定難度，不適合應用于特定小尺寸場合。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是：針對現有技術的不足，提供一種緊湊型正交模耦合器，在13.75GHz～14.5GHz的工作帶寬內，結構緊湊，體積小，端口駐波、隔離度等電氣性能良好，關鍵實現微波信號在工作頻帶內由公共端口到兩個獨立正交信號端口之間的等相位傳輸這一特殊功能。同時，本發(fā)明所涉及緊湊型正交模耦合器可通過等比縮放，應用于其他頻段。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

一種緊湊型正交模耦合器，由三端口波導腔體1和圓柱階梯匹配塊2構成；所述的三端口波導腔體1由公共圓柱波導11、圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14組成；圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14的高度相同且下表面共面，第一矩形波導13的一個端口與圓柱形耦合腔12的一個端口相連接，第二矩形波導14的一個端口與圓柱形耦合腔12的另一個端口相連接，第一矩形波導13和第二矩形波導14相垂直；公共圓柱波導11的一個端口與圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14形成的結構的上表面相連接且在表面內，公共圓柱波導11的直徑小于圓柱形耦合腔12的直徑；所述的圓柱階梯匹配塊2的階梯至少為兩級且為同心圓柱，設置于三端口波導腔體1內，最底層階梯與三端口波導腔體1的底面相連接；公共圓柱波導11、圓柱形耦合腔12和圓柱階梯匹配塊2三者同心。

其中，緊湊型正交模耦合器的工作頻帶為：13.75GHz～14.5GHz，通過等比縮放適用于其他頻帶。

其中，圓柱階梯匹配塊2的階梯直徑從最底層往上依次減小。

其中，三端口波導腔體1和圓柱階梯匹配塊2的材質為金屬。

其中，第一矩形波導13和第二矩形波導14均為執(zhí)行標準GB 11450.2-89的標準矩形波導。

其中，三端口波導腔體1的公共圓柱波導11的端口A為公共端口，第一矩形波導13的端口B和第二矩形波導14C的端口為獨立正交信號端口。

本發(fā)明與背景技術相比的優(yōu)點為：

本發(fā)明具有結構簡單、加工方便、尺寸小、精度高、電氣性能優(yōu)異等優(yōu)點，并且實現了微波信號在工作頻帶內由公共端口到兩個獨立正交信號端口之間的等相位傳輸這一特殊功能這一特殊設計要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的公共端口A方向的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的端口B方向的結構示意圖。

圖4是本發(fā)明的三端口波導腔體1的結構示意圖。

圖5是本發(fā)明的駐波圖。

圖6是本發(fā)明的端口隔離度圖。

圖7是本發(fā)明的傳輸相位圖。

具體實施方式

現結合圖1到圖7對本發(fā)明作具體說明。如圖1所示，一種緊湊型正交模耦合器，由三端口波導腔體1和圓柱階梯匹配塊2構成；如圖4所示，三端口波導腔體1由公共圓柱波導11、圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14組成；圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14的高度相同且下表面共面，第一矩形波導13的一個端口與圓柱形耦合腔12的一個端口相連接，第二矩形波導14的一個端口與圓柱形耦合腔12的另一個端口相連接，第一矩形波導13和第二矩形波導14相垂直；公共圓柱波導11的一個端口與圓柱形耦合腔12、第一矩形波導13和第二矩形波導14形成的結構的上表面相連接且在表面內，公共圓柱波導11的直徑小于圓柱形耦合腔12的直徑；所述的圓柱階梯匹配塊2的階梯至少為兩級且為同心圓柱，設置于三端口波導腔體1內。

如圖2和圖3，從公共端口A方向和端口B方向看去，圓柱階梯匹配塊2的階梯直徑從最底層往上依次減?。蛔畹讓与A梯與三端口波導腔體1的底面相連接；公共圓柱波導11、圓柱形耦合腔12和圓柱階梯匹配塊2三者同心。

本發(fā)明的工作頻帶為：13.75GHz～14.5GHz，也可通過等比縮放，適用于其他頻帶。三端口波導腔體1和圓柱階梯匹配塊2的材質為金屬。兩個正交的矩形波導13均為執(zhí)行標準GB 11450.2-89的標準矩形波導。三端口波導腔體1的端口A為公共端口，端口B和端口C為獨立正交信號端口。

根據上述一種緊湊型正交模耦合器的設計方法，設計了工作于衛(wèi)星通信擴展Ku發(fā)射頻段13.75GHz～14.5GHz的正交模耦合器，其中，三端口波導腔體1的公共圓波導11的直徑為15mm，圓柱形耦合腔12的直徑為18.96mm，高度為7.9mm，兩個正交的矩形波導13均為執(zhí)行標準GB 11450.2-89的標準BJ140矩形波導，波導口徑為15.8mm×7.9mm。圓柱階梯匹配塊2為3級階梯結構，第一級階梯、第二級階梯和第三級階梯的直徑和高度尺寸分別為：13.62mm×1.87mm，10.24mm×2.52mm和3.04mm×6.43mm。按照上述設計尺寸進行計算機仿真，在13.75GHz～14.5GHz工作帶寬內，公共端口駐波優(yōu)于1.20，隔離度大于28dB，傳輸相位差小于0.1°，滿足工程應用需求。

圖5、圖6、圖7分別是端口駐波、隔離度和相位仿真結果圖，在13.75GHz～14.5GHz的頻帶內，各項性能指標均相當優(yōu)秀，滿足工程使用要求。

本發(fā)明的工作原理是：

根據正交模耦合器的工作原理可知，當信號由三端口波導腔體1的公共端口A輸入時，通過圓柱形耦合腔12的耦合和短路作用，在兩個端口B、端口C完成兩個正交極化信號的鑒別，圓柱階梯匹配塊2的作用是實現工作帶寬內的阻抗匹配，以便端口駐波滿足使用要求，因為信號從公共端口A傳輸到端口B所走路徑與從公共端口A傳輸到端口C所走路徑長度相同，因此可以實現微波信號在工作頻帶內由公共端口到兩個獨立正交信號端口之間的等相位傳輸這一特殊功能。

本領域內的技術人員可以意思到，上述具體實施方式是為方便讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的具體實施例，本領域的技術人員依據本發(fā)明公開技術的啟示所做各種不脫離本發(fā)明實質的各種變形或者縮放，這些變形或縮放仍在本發(fā)明的保護范圍內。