一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置及其分離方法
2023-05-30 08:22:36
一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置及其分離方法
【專利摘要】本發明公開了一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝備及其方法，涉及天饋線系統領域。該裝置包括格柵，饋源喇叭A，饋源喇叭B，拋物反射面，格柵傾斜45度放置在饋源喇叭B和拋物反射面之間，饋源喇叭A和饋源喇叭B相對于格柵鏡面對稱。格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵的電磁波通過，饋源喇叭A接收極化方向平行于格柵的大氣輻射信號，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格柵的大氣輻射信號。本發明利用格柵對寬帶信號進行極化分離，可以實現超寬帶信號同時接收和極化分離的問題，使得此種正交偏饋天線具有工作頻段寬、極化隔離度高、副瓣電平低等優點，為輻射計正常接收大氣輻射信號提供技術保障。
【專利說明】一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置及其分離 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及天饋線系統領域，特別是涉及一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化 分離裝置及其分離方法。
【背景技術】
[0002] 地基微波福射計（Microwave Radiometer)是基於大氣微波遙感技術的氣象 觀測設備。通過同時接收V波段大氣氧氣窗口（51GHz-59GHz)和K波段大氣水汽窗口 (22GHz-31GHz)的輻射信號，反演獲得對流層大氣溫度、溼度廓線、大氣柱積分水汽量、大氣 柱積分雲水含水量等信息。為了保證大氣輻射的微弱信號被有效接收，通常選擇具有高增 益特點的拋物面天饋線作為接收單元。
[0003] 常規饋源喇叭照射整個拋物面天線，形成的方向圖是整個天線反射面全部作用的 結果。將饋源喇叭口徑放大，從而使饋源喇叭的方向圖更尖銳，同時將饋源喇叭旋轉90度， 則饋源喇叭輻射能量僅局限在母拋物面天線的MN部分區域，則天線方向圖是母拋物面MN 部分區域作用結果，稱之為正交偏饋拋物面天線，如圖1。本發明中正交偏饋拋物面天線要 實現K波段（22-32GHZ，垂直極化）和V波段（51-59GHZ，水平極化）電磁信號接收功能。 天線工作帶寬主要是由饋源喇叭決定，單饋源接收系統難以實現如此寬帶信號的同時接收 和輸出。
[0004] 由於天線工作的兩個頻段極化方向相互正交，所以可以利用雙工技術在一個反射 面上實現兩個頻段同時工作。常用的極化正交器就是這種器件，但是極化正交器頻帶較窄 一般為20 %，所以很難應用於此。
【發明內容】
[0005] 針對上述問題，本發明提供了一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置及 其分離方法，該方法解決了下述兩個問題。（1)現有技術中無法實現超寬帶信號同時接收和 極化分離；（2)雙工格柵用於寬帶信號的極化分離時，格柵對需要分離的電磁信號產生副 作用造成電性能惡化。
[0006] 為了解決上述問題，本發明採用如下技術方案：
[0007] -種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其包括格柵，饋源喇叭A，饋源 喇叭B，拋物面天線，上述格柵傾斜45度放置在饋源喇叭B和天線反射面之間，上述饋源喇 叭A和饋源喇叭B相對于格柵鏡面對稱。
[0008] 進一步的，上述格柵放置在饋源喇叭B的對稱軸線上且格柵中心距饋源喇叭B的 水平距離為67mm。
[0009] 進一步的，上述格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵 的電磁波通過，饋源喇叭A接收極化方向平行于格柵的大氣輻射信號，饋源喇叭B接收極化 方向垂直于格柵的大氣輻射信號。
[0010] 進一步的，K波段極化信號平行於上述格柵，V波段極化信號垂直於上述格柵，饋 源喇叭A接收K波段大氣輻射信號，饋源喇叭B接收V波段大氣輻射信號。
[0011] 進一步的，上述格柵最小長邊尺寸為160mm，最小窄邊尺寸為120mm，格柵金屬絲 直徑為〇. 1mm，金屬絲間隔為1. 5mm。
[0012] 一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離方法，將格柵傾斜45度放置在饋源 喇叭B和天線反射面之間，然後以格柵為對稱面，在其鏡像對稱位置放置饋源喇叭A。饋源 喇叭A接收極化方向平行于格柵的電磁波，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格柵的電磁波。 上述格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵的電磁波通過。
[0013] 進一步的，K波段極化信號平行於上述格柵，V波段極化信號垂直於上述格柵，饋 源喇叭A接收K波段大氣輻射信號，饋源喇叭B接收V波段大氣輻射信號。
[0014] 如圖2所示，設計的格柵對於K波段極化信號為反射，則位於饋源喇叭A接收的K 波段極化信號可以等同於從饋源喇叭B接收的信號。由於設計的格柵對V波段輻射的極化 信號呈透過特性，饋源喇叭B接收V波段極化信號，從而將K波段信號和V波段信號極化分 離，最終正交偏饋天線寬帶信號極化分離裝置如圖3所示。
[0015] 進一步的，前面提到的格柵使平行于格柵的極化得到反射，垂直于格柵的極化通 過，只是一個理想狀態。實際上格柵會對需要分離的電磁信號產生副作用，如格柵的插入 損耗、反射效率等。為了儘可能減少格柵引入帶來的電性能惡化，選擇格柵金屬絲直徑為 0. 1_，金屬絲間隔為1. 5_，根據反射的K波段喇機的方向圖寬度確定格柵最小長邊尺寸 為160mm，最小窄邊尺寸為120mm。
[0016] 本發明利用格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵的電 磁波通過的原理，對寬帶信號進行極化分離。具有該極化分離裝置的正交偏饋天線可以實 現超寬帶信號同時接收和極化分離的問題，使得此種正交偏饋天線具有工作頻段寬、極化 隔離度高、副瓣電平低等優點，為輻射計正常接收大氣輻射信號提供技術保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是現有技術正交偏饋拋物面天線結構示意圖；
[0018] 圖2是本發明格柵反射鏡像示意圖；
[0019] 圖3是本發明正交偏饋天線寬帶信號極化分離裝置示意圖；
[0020] 圖4是本發明格柵金屬絲示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0022] 實施例1
[0023] 一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，如圖3所示，其包括格柵，饋源 喇叭A，饋源喇叭B，拋物反射面，上述垂直放置的格柵傾斜45度放置在饋源喇叭B和拋物 反射面之間，上述饋源喇叭A和饋源喇叭B相對于格柵鏡面對稱，格柵放置在饋源喇叭B的 對稱軸線上且格柵中心距饋源喇叭B的水平距離為67mm。
[0024] 進一步的，上述格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵 的電磁波通過，饋源喇叭A接收極化方向平行于格柵的大氣輻射信號，饋源喇叭B接收極化 方向垂直于格柵的大氣輻射信號。
[0025] 進一步的，K波段極化信號平行於上述格柵，V波段極化信號垂直於上述格柵，饋 源喇叭A接收K波段大氣輻射信號，饋源喇叭B接收V波段大氣輻射信號。
[0026] 進一步的，上述格柵最小長邊尺寸為160mm，最小窄邊尺寸為120mm，格柵金屬絲 直徑為〇. 1mm，金屬絲間隔為1. 5mm。
[0027] 一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離方法，將垂直放置的格柵傾斜45度 放置在饋源喇叭B和天線反射面之間，然後以格柵為對稱面，在其鏡像對稱位置放置饋源 喇叭A。饋源喇叭A接收極化方向平行于格柵的電磁波，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格 柵的電磁波。上述格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵的電磁 波通過。
[0028] 如圖2所示，設計的格柵對於K波段極化信號為反射，則位於饋源喇叭A接收的K 波段極化信號可以等同於從饋源喇叭B接收的信號。由於設計的格柵對V波段輻射的極化 信號呈透過特性，饋源喇叭B接收V波段極化信號，從而將K波段信號和V波段信號極化分 離，最終正交偏饋天線寬帶信號極化分離裝置如圖3所示。
[0029] 進一步的，前面提到的格柵使平行于格柵的極化得到反射，垂直于格柵的極化通 過，只是一個理想狀態。實際上格柵會對需要分離的電磁信號產生副作用，如格柵的插入損 耗、反射效率等。為了儘可能減少格柵引入帶來的電性能惡化，需要對格柵尺寸進行準確計 算與設計，
[0030] 首先，設格柵金屬絲半徑為a，間距為d，如圖4所示，則除了反射外，漏過格柵金屬 絲的能量為：
【權利要求】
1. 一種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其特徵在於，包括格柵，饋源喇叭 A，饋源喇叭B，拋物反射面，所述格柵傾斜45度放置在饋源喇叭B和拋物反射面之間，所述 饋源喇叭A和饋源喇叭B相對于格柵鏡面對稱。
2. 根據權利要求1所述的正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其特徵在於， 所述格柵放置在饋源喇叭B的對稱軸線上且格柵中心距饋源喇叭B的水平距離為67mm。
3. 根據權利要求2所述的正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其特徵在於， 所述格柵反射極化方向平行于格柵的電磁波，讓極化方向垂直于格柵的電磁波通過，饋源 喇叭A接收極化方向平行于格柵的大氣輻射信號，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格柵的 大氣福射信號。
4. 根據權利要求3所述的正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其特徵在於，K 波段極化信號平行於所述格柵，V波段極化信號垂直於所述格柵，饋源喇叭A接收K波段大 氣輻射信號，饋源喇叭B接收V波段大氣輻射信號。
5. 根據權利要求3或4所述的正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離裝置，其特徵在 於，所述格柵最小長邊尺寸為160mm，最小窄邊尺寸為120mm，格柵金屬絲直徑為0. 1mm，金 屬絲間隔為1. 5mm。
6. -種正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離方法，其特徵在於，（1)將格柵傾斜45 度放置在饋源喇叭B和天線反射面之間，格柵放置在饋源喇叭B的對稱軸線上且格柵中心 距饋源喇叭B的水平距離為67mm，然後以格柵為對稱面，在其鏡像對稱位置放置饋源喇叭 A ; (2)饋源喇叭A接收極化方向平行于格柵的電磁波，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格 柵的電磁波；（3)格柵對極化方向平行于格柵的極化信號為反射，則位於饋源喇叭A接收的 極化方向平行于格柵的極化信號可以等同於從饋源喇叭B接收的信號，格柵對極化方向垂 直于格柵輻射的極化信號呈透過特性，饋源喇叭B接收極化方向垂直于格柵的極化信號， 從而將極化方向平行于格柵信號和極化方向垂直于格柵信號極化分離。
7. 根據權利要求6所述的正交偏饋拋物面天線寬帶信號極化分離方法，其特徵在於， K波段極化信號平行於所述格柵，V波段極化信號垂直於所述格柵，饋源喇叭A接收K波段 電磁波，饋源喇叭B接收V波段電磁波；所述格柵最小長邊尺寸為160mm，最小窄邊尺寸為 120mm，格柵金屬絲直徑為0. 1mm，金屬絲間隔為1. 5mm。
【文檔編號】H01Q15/24GK104505597SQ201410772907
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】於永傑, 張志國, 曹培培, 晁坤 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所