極化轉(zhuǎn)換器原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于天線饋源輸出端通常要與帶有矩形接口的室外接收單元聯(lián)接，所以，反射面天線的饋源通常需要一段極化轉(zhuǎn)換器和矩圓過渡波導(dǎo)，如圖3-18所示。對于接收采用園極化波的衛(wèi)星廣播信號，裝在接收天線饋源后的極化器先將圓極化波轉(zhuǎn)換為線極化波，再通過矩圓過渡波導(dǎo)將圓波導(dǎo)中的波型變換為矩形波導(dǎo)中的波型，以便與其后的衛(wèi)星接收高頻頭（LNB）接口配接。

圖 3-18 極化轉(zhuǎn)換器和矩圓過渡波導(dǎo)

    由于圓極化波可以看成是由2個(gè)正交、等幅、相位差90°的線極化波分量合成的，所以，極化器的工作原理就是用一個(gè)分量移相器使其中一個(gè)線極化波改變相位，經(jīng)一段傳輸路程后，二個(gè)分量的相位變成相同，其合成場變成了線極化波。反射面天線中常采用45°介質(zhì)片分量移相器或銷針分量移相器。它們的移相原理是相同的。

圖 3-18 45°介質(zhì)片分量移相器結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3-19 銷釘分量移相器

    45°介質(zhì)片分量移相器如圖3-18所示。在圓波導(dǎo)內(nèi)與矩形波導(dǎo)寬邊45°角方向上安裝一個(gè)介質(zhì)片。假設(shè)進(jìn)入饋源的來波是左旋圓極化波，則可將圓極化波分解為與介質(zhì)片平行的分量及介質(zhì)片垂直的分量。由于是左旋，所以超前90°。但在介質(zhì)片上傳輸?shù)乃俣缺却怪庇诮橘|(zhì)片的慢，的相位逐漸被延遲。選擇合適的介質(zhì)片長度l，使的相位恰好延遲90°，變成了與同相位，于是合成場變?yōu)榕c介質(zhì)片成45°夾角的線極化波。由于矩形波導(dǎo)的極化方向與寬邊垂直，所以該極化波能進(jìn)入矩形波導(dǎo)進(jìn)行傳輸。用作分量移相器的介質(zhì)片，一般由微波損耗小的聚四氟乙烯板或聚四氟乙烯纖維板制作而成。片長一般通過實(shí)驗(yàn)才能最后確定，二頭切成凹狀是為了減少波的反射。

    圖3-19表示在圓波導(dǎo)內(nèi)放置兩排銷釘，構(gòu)成銷釘分量移相器。對于行于銷釘所在平面的電場來說，銷釘呈容性，使其相速減小，而對垂直于銷釘面的來說銷釘呈感性，使其相速增加?？刂其N釘插入深度和銷釘?shù)膫€(gè)數(shù)，可以做到與同相，將圓極化波轉(zhuǎn)換為線極化波。為了使銷釘移相器與波導(dǎo)匹配，銷釘?shù)牟迦肷疃仁菨u變的，中間最深，兩邊最淺。用漸變寬度的月牙形金屬片代替兩排銷釘，也能構(gòu)成移相器，其基本原理與銷釘移相器相同。由于銷釘所在平面與介質(zhì)所在平面一樣，都是使與之平行的相位滯后。所以在完成同樣的極化方式轉(zhuǎn)換時(shí)，銷釘平面在圓波導(dǎo)內(nèi)的取向與介質(zhì)片的取向是一致的。前饋和后饋天線

    接收各種極化波時(shí)，極化器與波導(dǎo)寬邊的安置方向如圖3-20所示，這是從高頻頭的矩形波導(dǎo)口向饋源方向看去的。

    圓形波導(dǎo)由于結(jié)構(gòu)對稱，對波的極化形式?jīng)]有選擇，而矩形波導(dǎo)只允許與其寬邊垂直的電場通過，所以波導(dǎo)的寬邊必須與電波極化的方向相垂直。

圖 3-21 一種可調(diào)線極化饋源

    一種可調(diào)線極化饋源，如圖3-21所示。在接收線極化波時(shí)，只要調(diào)整線極化振子，使之平行于線極化波的極化方向即可。若將振子改為小螺旋，則該饋源接收圓極化波無需加極化器。此外，背射螺旋饋源也是不加極化器而接收圓極化波的。

    3.4.3 圓矩過渡波導(dǎo)  

    波導(dǎo)型的饋源為了獲得旋轉(zhuǎn)對稱的方向圖，通常以圓波導(dǎo)激勵(lì)。緊接在饋源后面的極化器也是由圓波導(dǎo)構(gòu)成的。而大部分的高頻頭（LNB）的輸入端是矩形波導(dǎo)，所以，在饋源的輸出端口通常加有一個(gè)圓矩過渡波導(dǎo)段，以完成圓波導(dǎo)中的模電磁波到矩形波導(dǎo)中模電磁波的轉(zhuǎn)換。在圓矩過渡波導(dǎo)段中要求引入的不連續(xù)性應(yīng)盡量小，以達(dá)到減小饋源的駐波比，改善阻抗匹配的目的。

圖 3-22 圓矩漸變過渡波導(dǎo)及其電場模式變換過程示意圖

    階梯式矩圓過渡波導(dǎo)如圖3-24所示。采用幾節(jié)長度為λg/4 階梯，使圓波導(dǎo)過渡到矩形波導(dǎo)，λg為其節(jié)變形波導(dǎo)段的波導(dǎo)波長。一般采用2節(jié)λg/4過渡段，每一臺階的高度由λg/4 過渡段的特性阻抗決定。

圖 3-23 采用楔形圓矩過渡波道的饋源

圖 3-24 階梯式矩圓過渡波導(dǎo)