步階隔板極化器設計

整體結構如圖 3.7 所示，深灰色為步階形狀的金屬隔板，座標原點的 xy 平 面為金屬反射面，淡綠色為 N 型接頭的鐵氟龍材質，為了要單獨設計 N 型饋入

結構的尺寸與饋入位置，結構分兩部份模擬，即黑色雙箭頭的左半與右半邊兩部 份：一、N 型接頭饋入波導管之結構。二、去掉金屬反射面，以 wave port 作為 激發源的步階極化器結構。最後，再將兩個結構重合在一起模擬設計。

圖 3.7 septum polarizer 整體結構

首先，N 型接頭饋入波導管之結構如圖 3.8 所示，即圖 3.7 的結構在黑色雙 箭頭處平行 xy 平面橫切。上層深灰色矩形是波導端口，下層深灰色矩形是反射 面，中間白色部分為金屬隔板，隔板左右兩邊淺灰色的粗圓柱體為從接頭內導體 延伸而出的匹配結構，距離反射面 31.2 mm。細部 N 型接頭結構如圖 3.9 所示，

藍色箭頭是等寬度的內導體，直徑 3 mm；綠色箭頭是等寬度的鐵弗龍介質，直 徑為 8.5 mm，黃色框的部分為 N 型接頭與圓形波導管的匹配結構，圓柱體高度 為紅色實線 8.5 mm，高度為紅色虛線 10 mm。

圖 3.8 N 型接頭饋入波導管之結構

圖 3.9 N 型接頭之結構

接著，檢驗圖 3.9 結構特性阻抗是否為 50 歐姆，模擬結果如圖 3.10 所示。在發 射與接收頻段的特性實部阻抗幾近 50 歐姆，虛部 0 歐姆，是 50 毆姆的接頭。

圖 3.10 N type connector 結構之特性阻抗模擬

N type connector 饋入波導管結構的返回損耗 S11模擬如圖 3.11 實線所示，與 穿透損耗 S₂₁模擬如圖 3.11 虛線所示，實線在使用的頻段內反射係數有低於系統 規格的負 15 dB，虛線在使用的頻段內穿透係數幾乎為 0，表示饋入結構所激發 的主模可傳遞到另一端口，所以 N 型接頭結構與位置適當。

圖 3.11 N 型接頭饋入波導管結構之反射與穿透係數模擬

接著，步階隔板極化器去掉金屬反射面的結構，用波端口作為激發源來設計步階 結構，如圖 3.12 所示，由於饋入器設計並未包含號角天線，因此圓極化特性藉 由兩垂直電場的大小相等且相位差 90 度來檢驗。相位差檢驗方法為 S21參數的 角度差，即 TE₀₁模( x 方向紅線) 與 TE₁₀模( y 方向紅線)經過相同路徑後，TE₀₁ 模相位比 TE10模相位多幾度。

圖 3.12 步階極化器波導端口結構

以右手圓極化為例，負 y 部分的矩形波端口訊號源激發後，模擬圖 3.13 中的正 x 與正 y 方向電場大小在 3 dB 正負 0.1 dB 內，貼近理想的負 3 dB 值。

圖 3.13 右手圓極化之兩垂直電場大小模擬

x 方向電場相位減去 y 方向電場相位差如模擬圖 3.14 中，發射頻段內的 2.12 GHz 角度最大 95.48 度，接收頻段內的 2.2 GHz 角度最大為 95.68 度。

圖 3.14 右手圓極化之兩垂直電場相位差模擬

以左手圓極化為例，正 y 部分的矩形波端口訊號激發後，圖 3.15 中的正 x 與正 y 方向電場大小也都在 3 dB 正負 0.1 dB 內。

圖 3.15 左手圓極化之兩垂直電場大小模擬

模擬圖 3.16 中，在發射頻段內的 2.12 GHz 角度最大為負 85.97 度，接收頻 段內的的 2.3 GHz 角度最大為負 84.7 度。

圖 3.16 左手圓極化之兩垂直電場相位差模擬

個別設計完成後，根據圖 3.7 之步階隔板極化器整體結構，模擬反射係數如圖 3.17

所示，在使用頻段內最差為負 20.9 dB。

圖 3.17 步階隔板極化器反射係數模擬

檢查右手圓極化兩垂直電場的分量，如圖 3.18 所示。在發射頻段中，2.12 GHz 的差距最大，x 方向負 2.87 dB，y 方向負 3.16 dB。在接收頻段中，2.2 GHz 的差 距最大，x 方向負 2.86 dB，y 方向負 3.16 dB。

圖 3.18 右手圓極化之兩垂直電場大小模擬

右手圓極化兩垂直電場的相位差如模擬圖 3.19，在發射頻段內的 2.12 GHz 角度

最大是 95.7 度，接收頻段內的 2.2 GHz 角度最大為 95.89 度。

圖 3.19 右手圓極化之兩垂直電場相位差模擬

左手圓極化兩垂直電場的分量，如圖 3.20 所示。在發射頻段中，2.12 GHz 的差距最大，x 方向負 3.16 dB，y 方向負 2.87 dB。在接收頻段中，2.2 GHz 的 差距最大，x 方向負 3.16 dB，y 方向負 2.87 dB。

圖 3.20 左手圓極化之兩垂直電場大小模擬

模擬圖 3.21 中，在發射頻段內的 2.12 GHz 角度最大為負 84.291 度，接收頻段內 的 2.2 GHz 角度最大為負 84.096 度。

圖 3.21 左手圓極化之兩垂直電場相位差模擬