本發(fā)明是關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陣列天線，作為雙極化輻射天線單元的饋電結構。
背景技術：
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構的重要組成部件。在衛(wèi)通、雷達等電子系統(tǒng)中廣泛應用的雙極化波導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陣列天線中實現(xiàn)天線饋源系統(tǒng)雙極化工作的關鍵器件。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功分網(wǎng)絡連接集成。
現(xiàn)有的雙極化波導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，但由于結構本身特性，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面波導即縱向放置的矩形波導，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，基于傳統(tǒng)正交模耦合器的雙極化波導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，采用在方波導腔側壁和底部開設耦合結構，將方波導腔內(nèi)傳輸?shù)膬蓚€正交模式分別耦合傳輸?shù)絻蓚€橫向排放的扁波導中，具有縱向尺寸大大降低、結構簡單緊湊的優(yōu)點，特別適用于追求極低剖面的雙極化波導陣列天線。
技術實現(xiàn)要素：
為了減輕重量并減小傳輸損耗,提高極化隔離度,傳輸饋線采用波導接口。本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種結構簡單、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陣列天線的正交模耦合器。
本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是：一種耦合縫正交模耦合器，包括，矩形立方體構成的方波導腔(1)和兩種正交極化模式的側壁耦合結構2、位于所述矩形立方體下端的底部耦合結構3和扁波導22，其特征在于：在方波導腔1底部與底部耦合結構3之間制有耦合縫隙31，底部耦合結構3外側壁制有單模傳輸波導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在方波導腔1和單模傳輸波導32之間耦合傳輸；側壁耦合結構2的側臂結合耦合縫隙21平行于方波導腔1的側壁，扁波導22水平面通過倒拐23垂直于側壁耦合結構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)在方波導腔(1和扁波導(22之間的耦合傳輸。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果：
結構簡單。本發(fā)明采用在方波導腔1側壁和底部開設底部耦合結構，將方波導腔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22、傳輸波導32中，具有縱向尺寸大大降低、結構簡單緊湊、易于加工的優(yōu)點。
能夠降低縱向尺寸。在本發(fā)明中，側壁耦合結構2的扁波導22通過臺階匹配的e面倒拐23變換成h面波導即橫向排放波導，底部耦合結構3的傳輸波導32天然就是h面波導，h面波導占用縱向空間小且可以在設計功分網(wǎng)絡時采用層疊的排布方式，具有利于功分網(wǎng)絡布局和降低天線縱向尺寸的優(yōu)點。單模波導采用標準矩形波導使饋源系統(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開設在所在方波腔1側面和底面的中心線上，由一段方波導和與其相垂直的兩段標準矩形波導構成正交模耦合器(omt),將方波導作為傳輸兩種正交極化波的公共波導,兩矩形波導分別作為傳輸這兩種極化波的單模波導。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陣列天線，作為雙極化輻射天線單元的饋電結構。
附圖說明
圖1是本發(fā)明耦合縫正交模耦合器的透視結構示意圖。
圖中：1方波導腔，2側壁耦合結構，3底部耦合結構，21垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙，22扁波導，23波導e面倒拐，31底部耦合縫隙，32傳輸波導，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，矩形立方體構成的方波導腔1和兩種正交極化模式的側壁耦合結構2、位于所述矩形立方體下端的底部耦合結構3和扁波導22，其特征在于：在方波導腔1底部與底部耦合結構3之間制有耦合縫隙31，底部耦合結構3外側壁制有單模傳輸波導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在方波導腔1和單模傳輸波導32之間耦合傳輸；側壁耦合結構2的側臂結合耦合縫隙21平行于方波導腔1的側壁縫隙，扁波導22水平面通過倒拐23垂直于側壁耦合結構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)在方波導腔1和扁波導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，方波導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。方波導的側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的側壁耦合結構2、底部耦合結構3。側壁耦合結構2位于方波導腔1的側壁，包括垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21和扁波導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在方波導腔1和扁波導22之間的耦合傳輸。底部耦合結構3位于方波導腔1的底部，包括底部耦合縫隙31和傳輸波導32，通過底部耦合縫隙31實現(xiàn)垂直平面電磁波模式42在方波導腔1和傳輸波導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均開設在所在方波腔1側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。
側壁耦合結構2耦合傳輸方波導腔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22，垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21開設在方波導腔1的側壁中心線上，水平面電磁波模式41在方波導腔的側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在方波導腔1和扁波導22之間的耦合傳輸。
底部耦合結構3耦合傳輸方波導腔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32，底部耦合縫隙31開設在方波導腔1的底部中心線上，垂直電磁波模式42在方波導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32的寬邊面上的橫向電流，切割的電流強度在傳輸波導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32耦合能量，從而實現(xiàn)電磁模式42在方波導腔1和傳輸波導32之間的耦合傳輸。
底部耦合結構2中的扁波導22采用臺階匹配的波導e面倒拐將波導出口變換成h面波導，底部耦合結構3種的傳輸波導32是天然的h面波導，h面波導出口結構利于功分網(wǎng)絡的設計和排布。
垂面?zhèn)缺隈詈峡p隙21、底部耦合縫隙31分別開設在方波導腔的側壁和底部的中心線上，從理論上保證了兩種耦合結構之間是物理隔離的，可以實現(xiàn)非常高的極化隔離度。