一种平面移相结构毫米波太赫兹圆极化器

技术领域

本发明涉及到微波天线技术领域，特别涉及一种平面移相结构毫米波太赫兹圆极化器。

背景技术

随着现代社会和无线电通信技术的发展，频带资源越来越成为一种宝贵的资源，研究和开发新的频带应用迫在眉睫，毫米波和太赫兹得到了广泛的重视，所有无线通信系统的最前端设备——天线成为毫米波和太赫兹技术的主要研究对象之一。天线的作用是实现信号的发射和接收，其性能的好坏直接关系到整个天线系统性能的优劣。在卫星通信、射电天文、电子对抗等一些特殊领域，线极化形式往往无法满足通信系统的要求，而圆极化天线具有抗雨雾干扰、收发任意极化的波等特点，因此被广泛的应用。

随着通信行业的快速发展，特别是在卫星通信行业，为了满足通信系统的发展需要，各种形式的圆极化天线被广泛的使用。波导圆极化器作为可以产生圆极化信号的一种微波器件，在高功率情况下，相比微带形式的圆极化器，它拥有损耗低、功率容量高等优点，能够很好的适应天线系统的需要，因此越来越受到广大科学研究人员和工程设计者的青睐，各种形式的圆极化器被设计出来，并被广泛的运用于卫星通信、电子对抗、雷达、射电天文等通信领域。

在卫星通信、射电天文等通信领域，以地面基站中抛物面形式为主的圆极化反射面天线被广泛使用，而圆极化器作为天线馈源系统中的重要组成部分，其作用是将线极化信号通过一定的方式转换为圆极化信号，或者将接收的圆极化信号通过一定的方式分离成线极化信号。因此，设计性能优异的圆极化器对提高整个天线系统的性能至关重要。

常用的波导圆极化器型式有螺钉调节型、介质插片型、波纹型、隔板型和脊波导型等。但由于毫米波和太赫兹所处频段的频率高，理论研究和加工的实测需要结合考虑。同时，毫米波和太赫兹无源波导器件的加工工艺也很大程度限制了具体的实物成型，而上述型式的波导圆极化器均存在加工难以实现、加工难度不易保证和加工成型后测试与理论计算差别较大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种平面移相结构毫米波太赫兹圆极化器；其具有结构简单，能够一体加工成型，在毫米波太赫兹波段加工易于实现的特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种平面移相结构毫米波太赫兹圆极化器，包括圆波导以及位于圆波导首尾两端的第一法兰盘和第二法兰盘，在圆波导的内壁设有至少两组凸起结构，每组凸起结构均包括正对且镜像对称的两个凸起平台；各组凸起结构在圆波导的周向上具有夹角；所述凸起平台的顶面和圆波导内壁之间设有过渡；在圆波导的轴向上，每组凸起结构不交叠。

进一步的，所述过渡为台阶结构或平滑曲面。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明的结构与传统形式的相比较为简单，不包含任何微小结构尺寸的移相单元，仅通过圆波导壁形状的改变实现圆极化，能够一体加工成型，适合批量生产。

2、本发明圆极化功能的实现，主要是通过调整凸起平台的长度，凸起平台到圆波导轴心的距离，各组凸起结构之间的夹角，不包含具有微小结构的移相单元，克服了现有圆极化器在毫米波和太赫兹波段加工难以实现的缺点，具有结构简单，电性能优良，能够适用与毫米波太赫兹波段的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图2中剖面A-A视图。

图4是图2中剖面B-B视图。

图5是图2中剖面C-C视图。

图6是图2中剖面D-D视图

图7是本发明实施例的垂直极化波的反射损耗。

图8是本发明实施例的水平极化波的反射损耗。

图9是本发明实施例的两个极化波的传输相位差。

图10是本发明实施例的圆极化轴比。

图中：1、圆波导，2-1、第一凸起平台，2-2、第二凸起平台，3-1、第三凸起平台，3-2、第四凸起平台，4、第一凸起结构到圆波导壁过渡，5、第二凸起结构到圆波导壁过渡，6-1第一法兰盘，6-2第二法兰盘。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种平面移相结构毫米波太赫兹圆极化器，包括圆波导以及位于圆波导首尾两端的第一法兰盘和第二法兰盘，在圆波导的内壁设有至少两组凸起结构，每组凸起结构均包括正对且镜像对称的两个凸起平台；各组凸起结构在圆波导的周向上具有夹角；所述凸起平台的顶面和圆波导内壁之间设有过渡；在圆波导的轴向上，每组凸起结构不交叠。

进一步的，所述过渡为台阶结构或平滑曲面。

下面为一个更具体的实施例：

参见图1至图6，本实施例包括圆波导1，第一凸起平台2-1、第二凸起平台2-2、第三凸起平台3-1、第四凸起平台—3-2，第一凸起平台2-1和第二凸起平台2-2到圆波导壁过渡4，第三凸起平台3-1和第四凸起平台3-2到圆波导壁过渡5，第一法兰盘6-1以及第二法兰盘6-2。

所述第一、第二、第三、第四凸起平台设置在圆波导壁的特定位置。

所述的第一、第二凸起平台正对且镜像对称为第一凸起结构，第三、第四凸起平台正对且镜像对称为第二凸起结构，第一凸起结构与第二凸起结构之间具有一个夹角，第一、第二、第三、第四凸起平台与圆波导壁之间变换由渐变过渡实现。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台的长度可以相同也可以不同。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台的长度一般大于0.25λ(λ为中心频率自由空间波长)，以保证有两个正交极化波之间有足够的相移量。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台距圆波导轴心的距离可以相同也可以不同。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台距圆波导轴心的距离一般大于圆波导半径的3/4，以利于平面到圆波导壁的过渡具有良好的匹配性能。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台的夹角根据设计可以为任意值，该夹角一般由优化设计得到。

所述的第一、第二、第三、第四凸起平台与圆波导壁之间变换由渐变过渡实现，过渡可以为直线也可以为曲线，以实现良好的阻抗匹配为设计目标。

所述的第一、第二凸起平台与第三、第四凸起平台之间的距离根据设计可以为任意值，根据优化所得。

所述的圆波导能使工作频率良好传输，圆波导口径的选取以工作频率为圆波导截止频率1.1倍以上为原则。

所述的法兰盘位于圆波导的两端用于与其他部件连接。

对其电气的传输性能进行了验证，具体如下：

图7给出了在频带内的垂直极化波的反射损耗，可看出在设计的带宽内，垂直极化反射损耗<-25dB。

图8给出了在频带内的水平极化的反射损耗，可看出在设计的带宽内，水平极化反射损耗<-24dB。

图9给出了在频带内两个正交极化波的相位差，可看出在设计的带宽内，相位差满足90°±8°。

图10给出了在频带内的相应的圆极化轴比，可看出在设计的带宽内，轴比<1dB。

从结果可以看出，本实施例与现有技术相比，结构非常简单，性能优良，可以一体加工成型，适于毫米波和太赫兹应用。

本发明实施例的简要工作原理：

线极化波可分解为两个等幅同相的线极化波；圆极化波分解为两个幅度相等、相位差为90°的线极化波。本发明的工作原理为：当等幅同相的两个线极化波由圆极化器的圆波导端口输入，通过改变圆波导壁的形状，使圆波导中两个线极化波的传播常数不同，通过调整第一、二、三、四凸起平台的长度，第一、二凸起平台与第三、四凸起平台距圆波导轴心的距离，第一、二凸起平台与第三、四凸起平台的夹角，两个极化波通过圆极化器后，幅度相等，相位差为90°，从而形成圆极化。