超高性能微波天线馈源系统的设计

　　本文介绍了用于微波接力天线馈源中的C波段超高性能馈源系统的设计方法，利用高频结构仿真软件对其进行了优化设计。对一些重要的和不易调整的尺寸用加偏差的方法来确定加工精度。计算结果与实测结果吻合的较好，在4.4～5GHz的频段中，整个馈源系统的驻波优于1.05，交叉极化鉴别率优于-40dB。

　　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。