【文章內容簡介】 向正交性。其實，這一性質就是發(fā)射和接收天線之間的互易定理。在通信和雷達的極化分集工作和電子對抗等應用中廣泛利用這個性質。 （如平面、球面等）時，反射波變?yōu)榉葱虻?，即左旋波變右旋，右旋波變左旋。由這一性質可知，采用圓極化波工作的雷達具有抑制雨霧干擾的能力。因為，水點近似呈球形，對圓極化的反射是反旋的；而雷達一般是非簡單對稱體，它對于圓極化波的反射波是橢圓極化波，故具有同旋向的圓極化成分。 鑒于上列特性，圓極化天線現已在通信、雷達、電子對抗等方面獲得了廣泛的應用。圓極化波可表示為兩個空間相互垂直，相位差 90176。，且振幅相等的線極化波之和，本文中的正交模耦合器就是提供上述諸條件的一種微波元器件。 圓極化波的參數 圓極化波有以下一些參數：旋向、傾角、軸比、極化損失系數等。旋向：圓極化波有左旋和右旋之分，由于旋轉方向是相對的，我們把其中一個稱為右旋，另一個稱為左旋。通常有兩種定義方式：一種是逆著電波傳播方向看，如果是順時針方向就稱為左旋圓極化波，如果是逆時針方向就稱為右旋圓極化波；另一種是順著電波的傳播方向看順時針稱為右旋，逆時針就稱為左旋。這就表明：不同的觀察方向會得到相反的結論。傾角：橢圓極化波的傾角定義為：極化橢圓的長軸與x 正方向之間的夾角，用τ表示。 極化損失系數：極化損失系數是指由于接收天線的極化與發(fā)射天線的極化不完全匹配而引起的接收功率損失的程度，用 K來表示。K定義為接收到的功率與入射功率之比。與入射波的極化狀態(tài)、接收天線的極化狀態(tài)有關。軸比：橢圓極化波的軸比定義為極化橢圓的長軸與短軸之比值 AR：AR=長軸/短軸= （29）從式（29）可以看出，當長軸和短軸相等即 AR = 1時,則為圓極化波，當AR → ∞ 時，則為線極化，當1 AR ∞ 時，是橢圓極化波，這就再次說明了圓極化波、線極化波是橢圓極化波的特例。第三章 隔膜正模耦合器的設計理論與方法 隔膜正交模耦合器的理論隔膜正交模耦合器是一種結構緊湊、易于加工、重量輕、體積小、性能良好的正交模耦合器。它的特點在于將正交模耦合器（OMT）和正交模耦合器的功能合二為一，既能實現極化轉換又能實現分極化，可以簡化饋源系統(tǒng)的結構。使用隔膜正交模耦合器可以使得波導結構簡單緊湊、并且能夠使正交模耦合器的插入相位一致性得到保障，在對相位平衡有要求的地方有較高的應用價值，因此獲得了廣泛的應用。 隔膜正交模耦合器提供了三個物理端口，如圖 所示，一個是用于圓極化信號的（RHCP,LHCP）具有方形橫截面的公共端口，另外兩個是標準波導端口，饋給公共端口的圓極化信號在后面連接的標準波導接口上直接被轉換和分離。雖然隔膜正交模耦合器只有三個物理接口端口，但是在電性能上它們是四端口器件，這是由于不同模和端口之間的傳輸所造成的。進入端口1和端口2的是公共天線端口上的正交線極化主模TEx 10模和TEx 01模，這些模分量在空間疊加會產生圓極化波，端口3和4是指標準波導端口。兩個矩形端口正對用于圓極化信號的公共方形波導端口。分支區(qū)用不對稱隔板連接，隔板的形狀在其長度L范圍內可以是連續(xù)形或階梯形的，在本文中，我們所采用的正交模耦合器技術，研究的是階梯形的隔板，該隔板放置于方波導的中間位置，從方波導的一個側壁開始一直連接到矩形波導中間的平分壁。 隔膜正交模耦合器是由共用一個寬壁的矩形波導連接在一起而成的，它們共用的寬壁就是隔板，隔板的寬度是階梯形遞減的，從而在矩形波導的另一端形成一個共用的方波導口。隔膜正交模耦合器的功率分配和 177。 π/2差動相移都是在隔板區(qū)域實現的。對隔板的階梯選擇合適的尺寸，便可以得到具有等功率分配和線、圓極化轉換功能的隔膜正交模耦合器。隔膜正交模耦合器的主要技術指標與和隔板平行的端口關系較大，尤其是駐波。只有通過改善駐波使駐波盡量減小才能進一步的提高隔膜正交模耦合器的性能指標，而改善駐波主要是依靠改變隔板的形狀來實現。同時，為了保證相位差為90的要求，也要對隔板的結構進行調節(jié)，直到最后既能滿足駐波要求又能滿足相位差要求。 由于插入方波導中的隔板結構的部分不對稱性，方波導中的圓極化波將通過隔膜正交模耦合器后在波導的另一邊轉換為線極化波，我們知道：隔膜正交模耦合器中的圓極化TE10 模可以分解為兩個幅度相等、相位相差90的正交模TE01模和TE10模。對于TE10模，從矩形波導到隔板區(qū)域其傳播常數幾乎不變；而對于TE01模，隔板區(qū)可以看成是鰭形或脊形波導，它的傳播常數與隔板階梯的高度和長度有關，通過調節(jié)隔板的長度和高度，使得入射信號在經過隔板之后，使這兩個正交模式通過隔板區(qū)域后的移相差為177。90176。，產生所需要的圓極化電磁波。當圓極化波穿過隔膜正交模耦合器到達波導的另一邊時，隔板需要完成將TE01 模的電場旋轉177。90176。并且提供TE01 模90176。的相位延遲的功能。這樣，左旋圓極化模和右旋圓極化模將通過隔膜正交模耦合器后轉換為線極化的形式，從而實現分極化過程。分極化的過程如圖 所示: 分極化原理下面我們來分析正交模耦合器的 S 參數及其特點。正交模耦合器的內部結構和金屬隔板的結構如圖 所示： 隔膜正交模耦合器的端口定義根據正交模耦合器的S參數的對稱性Sij= ji和場型結構基本特性S23=S13和S24=S14，可以得到它的 S 參數如下：S= (31)由正交模耦合器的無耗特性，即 S 參數滿足幺正性S= I可以得到： （32）顯然由（32）可以得到，即： （33）由隔膜正交模耦合器的特點可知，由端口4入射的電場矢量與隔板相垂直，隔板對與其垂直的端口入射的電場矢量基本沒影響，它的作用僅僅是將此信號等幅、同相地平分到端口1和端口2。因此可以近似地得到： （34）將式（34）帶入式（32）化簡得： （35）將式（34）、（35）代入式（32）中得到： （36）由式（36）得到正交模耦合器的端口隔離度 主要是由與隔板平行的入射信號（即端口 3）的駐波引起的，與和它垂直的入射信號關系不大。在仿真設計中，只有通過隔板形狀的優(yōu)化設計，盡可能的減低端口3的駐波，才能提高隔膜正交模耦合器的兩個旋向之間的隔離度。 對于隔膜正交模耦合器來說，另外一個重要的參數就是軸比AR 。影響隔膜正交模耦合器的軸比的因素主要有兩個：1）S13和S14的幅度不一致產生的；2）由S13和S14相位差偏離90176。引起的。經過計算得，當S13和S14相差為90176。時，由相位偏離引起的隔膜正交模耦合器的圓極化軸比為 0dB。從正交模耦合器的物理結構我們得出：在端口1 的分極化信號將抵消右旋圓極化波從而得到左旋圓極化模，同樣，端口4的分極化信號將抵消左旋圓極化波從而得到右旋圓極化模。我們可以得出：在隔膜正交模耦合器的設計中，如果將隔板設計優(yōu)良的話將對左旋圓極化信號/右旋圓極化信號產生一個非常小/非常大的比值，這個比值我們定義為分極化函數，它可以作為隔膜正交模耦合器設計中的估值函數： （37）如果得到最優(yōu)化的分極化函數值，就實現了良好的分極化。下面是實現分極化的兩個臨界條件： 177。 或177。 （38）事實上，Fdf 表明了正交模耦合器的軸比和分極化能力之間的關系。Fdf的取值范圍是0~1，值為0時表示是理想正交模耦合器，值為1表示正交模耦合器完全不能實現分極化功能。除了分極化能力，端口隔離度S12也是工程應用中影響正交模耦合器的一個重要因素。因此在設計時，必須同時關注分極化能力和端口隔離度這兩個參數上面分析了正交模耦合器的S參數和軸比。研究了正交模耦合器的分極化能力和端口隔離度這兩個非常重要的參數。下面給出隔板正交模耦合器的結構分析 在本節(jié)下，著重介紹隔膜正交模耦合器的結構及仿真模型，同時用一小節(jié)的篇幅介紹Boi