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超高性能微波天线馈源系统的设计方案
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2017-11-17
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一、 概 述
近几年来，我国通信事业的飞速发展，微波接力通信天线也不断地发展和完善，卫星通信系统的传送网功能主要通过光纤，地面微波，空中卫星等通信方式来 完成。从微波传送系统所采用的新技术及传送容量的角度来看，新一代的同步数字系列SDH微波通信系统替代了传统意义上的PDH微波通信。为适应正在兴起的 SDH微波通信中频率复用的发展，我们需要研制超高性能的微波天线。它应具有很高的前后比（F/D），很高的交叉极化鉴别率（XPD）和极低的电压驻波比 （VSWR）。因此，超高性能微波天线系统具有低的电压驻波比（VSWR优于1.06或反射损耗大于30.7dB）和高的交叉极化鉴别率（大于 38dB）。
二、 系统组成
超高性能微波天线的馈源系统是由喇叭，正交器，扭波导，弯波导和波导馈线组成。其中喇叭和正交器是关键部件。
1.喇叭
适合超高性能微波天线的馈源的喇叭有多种。本馈源采用带有三个扼流槽的平面波纹喇叭，这种平面波纹喇叭具有旋转对称的方向图，低的副 瓣，低的交叉极化和稳定的相位中心。喇叭的结构如图 1所示。它是由一个圆波导和三个同心圆环构成。为了改善喇叭的驻波特性，我们在喇叭口附近对称地放置调配块。为了防止异物等进入喇叭，需对喇叭口进行封 闭。通常在喇叭口上加介质薄膜，一般介质薄膜均会使喇叭的驻波变坏，我们利用高频仿真软件对介质的位置与厚度进行调整，使之具有改善驻波的特性。优化后的 喇叭驻波优于1.05。
图 1 喇叭结构
2.正交器
在现代天馈系统中，频率复用技术是利用频率资源最经济的方法之一，可达到扩大通信容量的目的。正交极化频率复用技术是用双极化天线来实现的，即在同 一频率上，利用极化正交特性传输两路独立的信号。正交极化频率复用技术有两种，即双线极化和双圆极化。正交极化的合成和分离是在馈电系统中实现的。 双线极化频率复用是用正交模耦合器（OMT）也称极化分离器（简称正交器）完成的。
正交器是常用的微波元件，但介绍其设计方法的文献较少。普通的正交器（如图 2所示）虽然只表现为三个物理端口，但就电气上来说是四端口器件。这是由于公共端口中有两个正交的主模（圆波导中的TE11/TE*11模或方波导的 TE10/TE01模）与其他两个端口中各自的基模（矩形波导的TE10模或同轴线中的TEM模）匹配。
近几年来，我国通信事业的飞速发展，微波接力通信天线也不断地发展和完善，卫星通信系统的传送网功能主要通过光纤，地面微波，空中卫星等通信方式来 完成。从微波传送系统所采用的新技术及传送容量的角度来看，新一代的同步数字系列SDH微波通信系统替代了传统意义上的PDH微波通信。为适应正在兴起的 SDH微波通信中频率复用的发展，我们需要研制超高性能的微波天线。它应具有很高的前后比（F/D），很高的交叉极化鉴别率（XPD）和极低的电压驻波比 （VSWR）。因此，超高性能微波天线系统具有低的电压驻波比（VSWR优于1.06或反射损耗大于30.7dB）和高的交叉极化鉴别率（大于 38dB）。
二、 系统组成
超高性能微波天线的馈源系统是由喇叭，正交器，扭波导，弯波导和波导馈线组成。其中喇叭和正交器是关键部件。
1.喇叭
适合超高性能微波天线的馈源的喇叭有多种。本馈源采用带有三个扼流槽的平面波纹喇叭，这种平面波纹喇叭具有旋转对称的方向图，低的副 瓣，低的交叉极化和稳定的相位中心。喇叭的结构如图 1所示。它是由一个圆波导和三个同心圆环构成。为了改善喇叭的驻波特性，我们在喇叭口附近对称地放置调配块。为了防止异物等进入喇叭，需对喇叭口进行封 闭。通常在喇叭口上加介质薄膜，一般介质薄膜均会使喇叭的驻波变坏，我们利用高频仿真软件对介质的位置与厚度进行调整，使之具有改善驻波的特性。优化后的 喇叭驻波优于1.05。
图 1 喇叭结构
2.正交器
在现代天馈系统中，频率复用技术是利用频率资源最经济的方法之一，可达到扩大通信容量的目的。正交极化频率复用技术是用双极化天线来实现的，即在同 一频率上，利用极化正交特性传输两路独立的信号。正交极化频率复用技术有两种，即双线极化和双圆极化。正交极化的合成和分离是在馈电系统中实现的。 双线极化频率复用是用正交模耦合器（OMT）也称极化分离器（简称正交器）完成的。
正交器是常用的微波元件，但介绍其设计方法的文献较少。普通的正交器（如图 2所示）虽然只表现为三个物理端口，但就电气上来说是四端口器件。这是由于公共端口中有两个正交的主模（圆波导中的TE11/TE*11模或方波导的 TE10/TE01模）与其他两个端口中各自的基模（矩形波导的TE10模或同轴线中的TEM模）匹配。
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