本發(fā)明是關(guān)于一種被廣泛使用在衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)和射電天文中的正交模轉(zhuǎn)換器?；诳p隙耦合的新型正交模耦合器，特別適用于雙極化波導(dǎo)陣列天線，作為雙極化輻射天線單元的饋電結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

正交模耦合器也稱正交模變換器，是用來分離或混合兩個相互正交的極化波的微波元件。正交模耦合器分離公共端口上兩正交主模，使之分離，供給單一端口。正交模分為水平，垂直兩基模后，各自占總能量的一半。正交模耦合器的主要功能是合成或分離兩正交模式，被廣泛使用在衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)和射電天文中，作為雙極化天線饋電結(jié)構(gòu)的重要組成部件。在衛(wèi)通、雷達等電子系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的雙極化波導(dǎo)陣列天線由眾多雙極化輻射陣元組陣而成，正交模耦合器是雙極化波導(dǎo)陣列天線中實現(xiàn)天線饋源系統(tǒng)雙極化工作的關(guān)鍵器件。每個雙極化陣元采用一個單獨的正交模耦合器饋電，所有的正交模耦合器再通過波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接集成。

現(xiàn)有的雙極化波導(dǎo)平板陣列天線中采用的正交模耦合器一般是傳統(tǒng)的錐變分支正交模耦合器，該正交模耦合器具有良好的電性能，但由于結(jié)構(gòu)本身特性，縱向尺寸偏大，兩個極化電磁波分量通過耦合或漸變過渡到兩個e面波導(dǎo)即縱向放置的矩形波導(dǎo)，這也從理論上限制了進一步減小天線縱向尺寸的能力。而電子系統(tǒng)對天線的體積、重量要求越來越高。由于一些電子系統(tǒng)安裝空間有限，天線的體積和重量是決定性指標(biāo)，基于傳統(tǒng)正交模耦合器的雙極化波導(dǎo)陣列天線的厚度偏厚，不適用于這類系統(tǒng)。

本發(fā)明提出了一種基于縫隙耦合的新型正交模耦合器，采用在方波導(dǎo)腔側(cè)壁和底部開設(shè)耦合結(jié)構(gòu)，將方波導(dǎo)腔內(nèi)傳輸?shù)膬蓚€正交模式分別耦合傳輸?shù)絻蓚€橫向排放的扁波導(dǎo)中，具有縱向尺寸大大降低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊的優(yōu)點，特別適用于追求極低剖面的雙極化波導(dǎo)陣列天線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了減輕重量并減小傳輸損耗,提高極化隔離度,傳輸饋線采用波導(dǎo)接口。本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠降低縱向尺寸，隔離度高，特別適用于極低剖面雙極化波導(dǎo)陣列天線的正交模耦合器。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種耦合縫正交模耦合器，包括，矩形立方體構(gòu)成的方波導(dǎo)腔(1)和兩種正交極化模式的側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2、位于所述矩形立方體下端的底部耦合結(jié)構(gòu)3和扁波導(dǎo)22，其特征在于：在方波導(dǎo)腔1底部與底部耦合結(jié)構(gòu)3之間制有耦合縫隙31，底部耦合結(jié)構(gòu)3外側(cè)壁制有單模傳輸波導(dǎo)32，正交極化模式中的垂直平面電磁波模式42通過耦合縫隙31在方波導(dǎo)腔1和單模傳輸波導(dǎo)32之間耦合傳輸；側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2的側(cè)臂結(jié)合耦合縫隙21平行于方波導(dǎo)腔1的側(cè)壁，扁波導(dǎo)22水平面通過倒拐23垂直于側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2的上端，正交極化模式中的水平面電磁波模式41通過耦合縫隙21實現(xiàn)在方波導(dǎo)腔(1和扁波導(dǎo)(22之間的耦合傳輸。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明采用在方波導(dǎo)腔1側(cè)壁和底部開設(shè)底部耦合結(jié)構(gòu)，將方波導(dǎo)腔1內(nèi)傳輸?shù)膬蓚€正交電磁波模式水平面電磁波模式41、垂直平面電磁波模式42分別耦合傳輸?shù)絻蓚€橫向排放的扁波導(dǎo)22、傳輸波導(dǎo)32中，具有縱向尺寸大大降低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于加工的優(yōu)點。

能夠降低縱向尺寸。在本發(fā)明中，側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2的扁波導(dǎo)22通過臺階匹配的e面倒拐23變換成h面波導(dǎo)即橫向排放波導(dǎo)，底部耦合結(jié)構(gòu)3的傳輸波導(dǎo)32天然就是h面波導(dǎo)，h面波導(dǎo)占用縱向空間小且可以在設(shè)計功分網(wǎng)絡(luò)時采用層疊的排布方式，具有利于功分網(wǎng)絡(luò)布局和降低天線縱向尺寸的優(yōu)點。單模波導(dǎo)采用標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)使饋源系統(tǒng)的排布和連接更加緊湊合理。

隔離度高。本發(fā)明將垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21和底部耦合縫隙31開設(shè)在所在方波腔1側(cè)面和底面的中心線上，由一段方波導(dǎo)和與其相垂直的兩段標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)構(gòu)成正交模耦合器(omt),將方波導(dǎo)作為傳輸兩種正交極化波的公共波導(dǎo),兩矩形波導(dǎo)分別作為傳輸這兩種極化波的單模波導(dǎo)。從理論上保證了兩個正交模式41、42之間是物理隔離的，因此，兩個正交模式之間隔離度非常高。

本發(fā)明特別適用于極低剖面雙極化波導(dǎo)陣列天線，作為雙極化輻射天線單元的饋電結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明耦合縫正交模耦合器的透視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1方波導(dǎo)腔，2側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)，3底部耦合結(jié)構(gòu)，21垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙，22扁波導(dǎo)，23波導(dǎo)e面倒拐，31底部耦合縫隙，32傳輸波導(dǎo)，41水平面電磁波模式，42垂直平面電磁波模式。

具體實施方式

參閱圖1。在以下描述的一個實施例中，一種耦合縫正交模耦合器，包括，矩形立方體構(gòu)成的方波導(dǎo)腔1和兩種正交極化模式的側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2、位于所述矩形立方體下端的底部耦合結(jié)構(gòu)3和扁波導(dǎo)22，其特征在于：在方波導(dǎo)腔1底部與底部耦合結(jié)構(gòu)3之間制有耦合縫隙31，底部耦合結(jié)構(gòu)3外側(cè)壁制有單模傳輸波導(dǎo)32，正交極化模式中的垂直平面電磁波模式42通過耦合縫隙31在方波導(dǎo)腔1和單模傳輸波導(dǎo)32之間耦合傳輸；側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2的側(cè)臂結(jié)合耦合縫隙21平行于方波導(dǎo)腔1的側(cè)壁縫隙，扁波導(dǎo)22水平面通過倒拐23垂直于側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2的上端，正交極化模式中的水平面電磁波模式41通過耦合縫隙21實現(xiàn)在方波導(dǎo)腔1和扁波導(dǎo)22之間的耦合傳輸，且水平面電磁波模式41、垂直平面電磁波模式42兩個正交模式之間是物理隔離的。

方波導(dǎo)腔1是傳輸兩個正交模式水平面電磁波電磁波模式41、垂直平面電磁波模式42的一段方波導(dǎo)，方波導(dǎo)腔的頂端可連接到一個喇叭天線或其他形式天線對天線進行激勵，形成一個雙極化天線單元。方波導(dǎo)的側(cè)壁和底部分別制有兩個正交模式水平面電磁波模式41、垂直平面電磁波模式42的側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2、底部耦合結(jié)構(gòu)3。側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2位于方波導(dǎo)腔1的側(cè)壁，包括垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21和扁波導(dǎo)22，通過垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21實現(xiàn)水平面電磁波模式41在方波導(dǎo)腔1和扁波導(dǎo)22之間的耦合傳輸。底部耦合結(jié)構(gòu)3位于方波導(dǎo)腔1的底部，包括底部耦合縫隙31和傳輸波導(dǎo)32，通過底部耦合縫隙31實現(xiàn)垂直平面電磁波模式42在方波導(dǎo)腔1和傳輸波導(dǎo)32之間的耦合傳輸。垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21和底部耦合縫隙31均開設(shè)在所在方波腔1側(cè)面和底面的中心線上，隔離兩個正交模式水平面電磁波模式41、垂直平面電磁波模式42，可實現(xiàn)兩個正交模式高度隔離。

側(cè)壁耦合結(jié)構(gòu)2耦合傳輸方波導(dǎo)腔1中的水平面電磁波模式41，包括，垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21和扁波導(dǎo)22，垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21開設(shè)在方波導(dǎo)腔1的側(cè)壁中心線上，水平面電磁波模式41在方波導(dǎo)腔的側(cè)壁激勵起的電流流向垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21，則垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21對電流起切割作用，使垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21可以從方波腔中耦合水平面電磁波模式41，同時，垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21在扁波導(dǎo)22的寬邊面上偏離寬邊面中心線，垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21切割寬邊面上的橫向電流，切割的電流強度在扁波導(dǎo)22的寬邊面中心線上為零，且隨著偏離中心線的偏移量增大而增大，偏離寬邊面中心線的垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21又可從扁波導(dǎo)22耦合能量，從而實現(xiàn)電磁模式水平面電磁波模式41在方波導(dǎo)腔1和扁波導(dǎo)22之間的耦合傳輸。

底部耦合結(jié)構(gòu)3耦合傳輸方波導(dǎo)腔1中的垂直平面電磁波模式42，包括，底部耦合縫隙31和傳輸波導(dǎo)32，底部耦合縫隙31開設(shè)在方波導(dǎo)腔1的底部中心線上，垂直電磁波模式42在方波導(dǎo)腔的底部激勵起的電流流向底部耦合縫隙31，則底部耦合縫隙31對電流起切割作用，使底部耦合縫隙31可以從方波腔中耦合垂直平面電磁波模式42，同時，底部耦合縫隙31在傳輸波導(dǎo)32的寬邊面上且偏離寬邊面中心線，底部耦合縫隙31切割傳輸波導(dǎo)32的寬邊面上的橫向電流，切割的電流強度在傳輸波導(dǎo)32的寬邊面中心線上為零，且隨著偏離中心線的偏移量增大而增大，則偏離寬邊面中心線的底部耦合縫隙31又可從傳輸波導(dǎo)32耦合能量，從而實現(xiàn)電磁模式42在方波導(dǎo)腔1和傳輸波導(dǎo)32之間的耦合傳輸。

底部耦合結(jié)構(gòu)2中的扁波導(dǎo)22采用臺階匹配的波導(dǎo)e面倒拐將波導(dǎo)出口變換成h面波導(dǎo)，底部耦合結(jié)構(gòu)3種的傳輸波導(dǎo)32是天然的h面波導(dǎo)，h面波導(dǎo)出口結(jié)構(gòu)利于功分網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和排布。

垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21、底部耦合縫隙31分別開設(shè)在方波導(dǎo)腔的側(cè)壁和底部的中心線上，從理論上保證了兩種耦合結(jié)構(gòu)之間是物理隔離的，可以實現(xiàn)非常高的極化隔離度。