一种正交模耦合片、正交模耦合器及环焦天线

摘要

本发明公开了一种正交模耦合片，包括金属基板和自金属基板边缘向下折弯所形成的四个等距设置的支撑部；所述金属基板上设有四组相互独立的扼流槽且每组扼流槽均设于两个相邻的支撑部之间，每组扼流槽包括两条高阻槽线及一条低阻槽线，所述两条高阻槽线相互并联并与低阻槽线串联形成隔离电路，所述隔离电路的终端处于短路状态，输入端处于电气开路状态。本发明还公开了一种正交模耦合器及一种环焦天线。采用本发明的正交模耦合器，可实现圆波导中两相互正交的主模的极化分离及主模到共面波导的耦合，具有隔离度高、集成度高、插损小、装配简单、体积小、成本低的优点。

权利要求

1.一种正交模耦合片，其特征在于，所述正交模耦合片包括金属基板和自金属基板边缘向下折弯所形成的四个等距设置的支撑部；

所述金属基板上设有四组相互独立的扼流槽且每组扼流槽均设于两个相邻的支撑部之间，每组扼流槽包括两条高阻槽线及一条低阻槽线，所述两条高阻槽线相互并联并与低阻槽线串联形成隔离电路，所述隔离电路的终端处于短路状态，输入端处于电气开路状态。

2.如权利要求1所述的正交模耦合片，其特征在于，每组扼流槽中的两条高阻槽线相连通并对称设于低阻槽线的两侧以构成“T”型槽结构。

3.如权利要求1所述的正交模耦合片，其特征在于，每组扼流槽中的每条高阻槽线与低阻槽线的长度之和为（1/4）λ，其中，所述λ为天线工作频率所对应的波长。

4.如权利要求1所述的正交模耦合片，其特征在于，所述金属基板为圆形结构，所述高阻槽线是以所述金属基板的中心为圆心的同心圆弧结构，所述低阻槽线沿所述金属基板的径向设置。

5.一种采用如权利要求1 4任一项所述的正交模耦合片的正交模耦合器，其特征在于，~所述正交模耦合器包括印刷电路板及封装于所述印刷电路板上的正交模耦合片、圆波导及印刷于所述印刷电路板上的共面波导馈线；

所述正交模耦合片设于所述圆波导内部，所述正交模耦合片中每两个相向设置的支撑部为一组，每组支撑部中，一支撑部与印刷电路板的地线连接，另一支撑部与印刷电路板的过孔芯线连接，实现圆波导中两相互正交的主模的极化分离及主模到共面波导的耦合。

6.一种采用如权利要求5所述的正交模耦合器的环焦天线，其特征在于，所述环焦天线包括主反射面、副反射面、副反射面支撑件及正交模耦合器；

所述正交模耦合器的底部固定于主反射面的中心位置，顶部与所述副反射面支撑件相连；

所述副反射面通过副反射面支撑件固定于主反射面的上方。

7.如权利要求6所述的环焦天线，其特征在于，所述主反射面为抛物面，所述抛物面的母线方程为：y=17.25x2。

8.如权利要求6所述的环焦天线，其特征在于，所述副反射面为椭圆曲面，所述椭圆曲面的母线方程为：(x2/77)+(y2/64)=1。

说明书

一种正交模耦合片、正交模耦合器及环焦天线

技术领域

[0001] 本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及一种正交模耦合片、一种正交模耦合器及一种环焦天线。

背景技术

[0002] 随着人们对无线通信的需要越来越大，为了满足各个行业对无线通信的需求，无线通信方面的相关科学与技术都在迅猛提高和进步。在无线通信的研究上，为了使天线在无线通信中发挥更好的作用，需要配置一种高效的天馈系统，以担负起实时收发传送电磁微波信号的重任。

[0003] 正交模耦合器作为天馈系统的重要组成器件，其指标的好坏直接影响整个系统的性能。正交模耦合器的技术指标主要有耦合度、隔离度、幅度平衡度、相位平衡度以及工作带宽等。传统的正交模耦合器在天馈系统和发射/接受机连接时具有插损大、结构松散、集成度不高的问题。因此，需要设计一种结构简单、隔离度高、集成度高、插损小、成本低的正交模耦合器以满足用户需求。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、隔离度高、集成度高、插损小、装配简单、体积小、成本低的正交模耦合片、正交模耦合器及环焦天线，可实现圆波导中两相互正交的主模的极化分离及主模到共面波导的耦合。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正交模耦合片，包括金属基板和自金属基板边缘向下折弯所形成的四个等距设置的支撑部；所述金属基板上设有四组相互独立的扼流槽且每组扼流槽均设于两个相邻的支撑部之间，每组扼流槽包括两条高阻槽线及一条低阻槽线，所述两条高阻槽线相互并联并与低阻槽线串联形成隔离电路，所述隔离电路的终端处于短路状态，输入端处于电气开路状态。

[0006] 作为上述方案的改进，每组扼流槽中的两条高阻槽线相连通并对称设于低阻槽线的两侧以构成“T”型槽结构。

[0007] 作为上述方案的改进，每组扼流槽中的每条高阻槽线与低阻槽线的长度之和为（1/4）λ，其中，所述λ为天线工作频率所对应的波长。

[0008] 作为上述方案的改进，所述金属基板为圆形结构，所述高阻槽线是以所述金属基板的中心为圆心的同心圆弧结构，所述低阻槽线沿所述金属基板的径向设置。

[0009] 相应地，本发明还提供了一种正交模耦合器，所述正交模耦合器包括印刷电路板及封装于所述印刷电路板上的正交模耦合片、圆波导及印刷于所述印刷电路板上的共面波导馈线；所述正交模耦合片设于所述圆波导内部，所述正交模耦合片中每两个相向设置的支撑部为一组，每组支撑部中，一支撑部与印刷电路板的地线连接，另一支撑部与印刷电路板的过孔芯线连接，实现圆波导中两相互正交的主模的极化分离及主模到共面波导的耦合。

[0010] 相应地，本发明还提供了一种环焦天线，所述环焦天线包括主反射面、副反射面、副反射面支撑件及正交模耦合器；所述正交模耦合器的底部固定于主反射面的中心位置，顶部与所述副反射面支撑件相连；所述副反射面通过副反射面支撑件固定于主反射面的上方。

[0011] 作为上述方案的改进，所述主反射面为抛物面，所述抛物面的母线方程为：y=17.25x2。

[0012] 作为上述方案的改进，所述副反射面为椭圆曲面，所述椭圆曲面的母线方程为：2 2
(x/77)+(y/64)=1。

[0013] 实施本发明，具有如下有益效果：

[0014] 本发明可用于链接雷达或无线通信系统中的天馈分系统和发射（T）/接受（R）机，以解决天馈分系统和发射（T）/接受（R）机连接时插损大、结构松散、集成度不高的问题，具有隔离度高、集成度高、插损小、易装简单、体积小、成本低的优点。具体地：

[0015] 本发明采用相互正交的两闭合环，实现圆波导两互相正交的主模TE11模的极化分离和波导主模到共面波导主模TEM模的转换，从而实现圆波导与共面波导的连接、模式转换。较传统的电缆连接方式，省去了连接设备和天线的电缆组件，在提高集成度的同时，大大地降低了射频前段的插损，且避免了装配时，因电缆弯曲所导致的不可控的性能下降。

[0016] 另外，本发明利用扼流槽抑制正交端口间串扰，提高隔离度。根据四分之一波长阻抗变换原理，在相互正交的极化端子间设置四分之一波长的缝隙（即扼流槽），并使该缝隙输入端处于电器开路状态，经四分之一波长传输线，其输入阻抗无穷大，实现了正交极化的两端子间的电气开路，提高了极化隔离度。同时，本专利中，为了保证圆波导TE11模，缝隙方向不可沿金属基板的径向设置（表面电流为环形），故由环向两高阻槽线并联再与低阻槽线连接以组成λ/4扼流槽。

附图说明

[0017] 图1是本发明正交模耦合片的主视图；

[0018] 图2是本发明正交模耦合片的立体图；

[0019] 图3是本发明正交模耦合片中极化磁场的示意图；

[0020] 图4是本发明正交模耦合器的立体图；

[0021] 图5是本发明正交模耦合器的结构示意图；

[0022] 图6是本发明环焦天线的立体分解图；

[0023] 图7是本发明环焦天线的立体组合图。

具体实施方式

[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

[0025] 参见图1及图2，图1及图2显示了本发明正交模耦合片100的具体结构，其可应用于雷达、无线通信领域，具体地，用于链接雷达或无线通信系统中的天馈分系统和发射（T）/接受（R）机，以解决天馈分系统和发射（T）/接受（R）机连接时插损大、结构松散、集成度不高的问题。

[0026] 所述正交模耦合片100包括用作电极的金属基板1和自金属基板1边缘向下折弯所形成的四个等距设置的支撑部2，所述支撑部2用于支撑所述金属基板1。其中，所述金属基板1上设有四组相互独立的扼流槽3且每组扼流槽3均设于两个相邻的支撑部2之间，每组扼流槽3包括两条高阻槽线3b及一条低阻槽线3a，每组扼流槽3中的两条高阻槽线3b相连通并对称设于低阻槽线3a的两侧以构成“T”型槽结构，同时，所述两条高阻槽线3b相互并联并与低阻槽线3a串联形成隔离电路，并使所述隔离电路的终端B处于短路状态，输入端A所输入的阻抗无穷大，即输入端A处于电气开路状态，从而实现了正交极化的两端子间的电气开路，提高了极化隔离度。

[0027] 进一步，每组扼流槽3中的每条高阻槽线3b与低阻槽线3a的长度之和为（1/4）λ，其中，所述λ为天线工作频率所对应的波长。

[0028] 需要说明的是，本发明的正交模耦合片100利用四分之一波长阻抗变换原理，在相互正交的极化端子间设置四分之一波长的缝隙（即扼流槽3），并使该缝隙终端B处于短路状态，经四分之一波长传输线，其输入阻抗无穷大（开路），实现了正交极化的两端子间的电气开路，提高了极化隔离度。

[0029] 另外，所述金属基板1为圆形结构或为设有中心通孔4的圆环结构，其中，中心通孔4是为增加稳定性设置结构支撑件所预留的。所述高阻槽线3b是以所述金属基板1的中心为圆心的同心圆弧结构，所述低阻槽线3a沿所述金属基板1的径向设置。

[0030] 需要说明的是，为了保证圆波导6主模TE11模，缝隙方向不可沿金属基板1的径向设置（表面电流为环形），故由环向两高阻槽线3b并联再与低阻槽线3a连接以组成λ/4扼流槽3。

[0031] 与现有技术不同的是，本发明的正交模耦合片100中设置结构独特的扼流槽3，可有效地利用扼流槽3抑制正交端口间的串扰，提高隔离度。

[0032] 参见图4及图5，图4及图5显示了本发明正交模耦合器101的具体结构，所述正交模耦合器101包括印刷电路板5及封装于所述印刷电路板5上的正交模耦合片100、圆波导6及印刷于所述印刷电路5板上的共面波导馈线7，所述正交模耦合片100设于所述圆波导6内部，所述正交模耦合片100中每两个相向设置的支撑部2为一组，每组支撑部2中，一支撑部2与印刷电路板5的地线连接，另一支撑部2与印刷电路板5的过孔芯线连接，实现圆波导中两相互正交的主模的极化分离及主模到共面波导的耦合。其中，所述正交模耦合片100包括圆形结构的金属基板1和自金属基板1边缘向下折弯所形成的四个等距设置的支撑部2；所述金属基板1上设有四组相互独立的扼流槽3且每组扼流槽3均设于两个相邻的支撑部2之间，每组扼流槽3包括两条高阻槽线3b及一条低阻槽线3a，每组扼流槽3中的两条高阻槽线3b相连通并对称设于低阻槽线3a的两侧以构成“T”型槽结构，所述高阻槽线3b是以所述金属基板1的中心为圆心的同心圆弧结构，所述低阻槽线3a沿所述金属基板1的径向设置，所述两条高阻槽线3b相互并联并与低阻槽线3a串联形成隔离电路，所述隔离电路的终端B处于短路状态，输入端A处于电气开路状态；每组扼流槽3中的每条高阻槽线3b与低阻槽线3a的长度之和为（1/4）λ，所述λ为天线工作频率所对应的波长。

[0033] 需要说明的是，正交模耦合片100是由金属基板1切割、折弯制成，而自金属基板1边缘向下折弯所形成的支撑部2通过焊接连接印刷电路板5的地线和过孔芯线，并加载扼流槽3以提高正交模式间的隔离度。

[0034] 工作时，封装于所述印刷电路板5上的正交模耦合片100、圆波导6及共面波导馈线7相互作用，并于正交模耦合片100上形成两个相互正交的闭合环（参见图3），实现了圆波导
6主模TE11模到共面波导主模TEM模的转换，从而实现了圆波导6与共面波导的连接、模式转换。

[0035] 与传统的电缆连接方式相比，本发明正交模耦合器101省去了连接设备和天线的电缆组件，在提高集成度的同时，大大地降低了射频前段的插损，且避免了装配时，因电缆弯曲所导致的不可控的性能下降，具有低插损、高集成度、易装配的优点。

[0036] 参见图6及图7，图6及图7显示了本发明环焦天线的具体结构，所述环焦天线包括主反射面8、副反射面9、副反射面支撑件10及正交模耦合器101；所述正交模耦合器101的底部固定于主反射面8的中心位置，顶部与所述副反射面支撑件10相连；所述副反射面9通过副反射面支撑件10固定于主反射面8的上方。

[0037] 由上可知，本发明的环焦天线采用正交环耦合圆波导6中的正交极化磁场，提供了更易与微带电路集成的正交模耦合器101，同时，利用结构独特的扼流槽3抑制正交端口间串扰，提高隔离度，从而有效解决了天馈系统和发射/接受机连接时插损大、结构松散、集成度不高的问题，具有隔离度高、集成度高、插损小、成本低的优点。

[0038] 进一步，所述主反射面8为抛物面，所述抛物面的母线方程为：y=17.25x2。所述副反射面9为椭圆曲面，所述椭圆曲面的母线方程为：(x2/77)+(y2/64)=1。

[0039] 需要说明的是，通过上述方程所形成的结构独特的主反射面8及副反射面9，可有效保证环焦天线的口径效率高、旁瓣电平低。

[0040] 工作时，波束经副反射面9的椭圆面反射后，会直接射到主反射面8的抛物面上，且不再投射回副反射面9，从而通过主反射面8的抛物面，提高了主反射面8的截获效率，保证了主反射面8边缘电流的连续，降低了主反射面8边缘的绕射，进而降低了天线的噪声温度。

[0041] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。