CN109037927A - 一种低剖面cts平板阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低剖面CTS平板阵列天线，包括从上往下依次排列的辐射层、模式转换层和馈电网络层，所述的模式转换层包括第一金属平板以及设置在所述的第一金属平板上表面的模式转换腔阵列，所述的模式转换腔阵列包括2²ⁿ个模式转换腔，2²ⁿ个所述的模式转换腔按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，n为大于等于1的整数，模式转换腔包括从左向右依次连接的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔和第五矩形腔，位于同一行的2ⁿ个所述的模式转换腔依次首尾连接；优点是在具有宽频带、高增益和高效率的基础上，尺寸较小、加工装配过程简单。

Description

一种低剖面CTS平板阵列天线

技术领域

本发明涉及一种CTS平板阵列天线，尤其是涉及一种低剖面CTS平板阵列天线。

背景技术

近年来，CTS平板阵列天线由于具有低驻波、高增益、高效率、低成本和对制作精度不敏感等特性受到越来越多的关注。CTS平板阵列天线通过在平行板波导上开设切向缝隙形成，任何由平面波激励的平行板波导产生的纵向电流分量会被横向缝隙切断，在切向缝隙和平行板波导的交界处产生纵向位移电流，此时平行板波导里面传递的能量就能通过切向节耦合并且向外辐射电磁波。

现有的CTS平板阵列天线通常包括平板反射器、波导功分器和辐射单元，平板反射器包括H面扇形喇叭天线、偏置抛物反射面和平板波导，H面扇形喇叭天线和偏置抛物反射面设置在平板波导内部，H面扇形喇叭天线的相位中心设置在偏置抛物反射面的焦点，波导功分器连接在偏置抛物反射面的一端，并位于平板阵列天线的E面内，为平板阵列天线E面做等幅分布，天线辐射单元包括矩形波导及与矩形波导正交组装的介质格栅。该CTS平板阵列天线中，平板反射器采用柱面波转换平面波和反射器天线原理产生平面波，将H面扇形喇叭天线置于抛物面反射器的焦点处，喇叭天线辐射的场在偏置抛物反射面处产生等幅度同相位的平面波。

但是，现有的CTS平板阵列天线存在以下问题：一、平板反射器的偏置抛物反射面需要较大的空间，尺寸较大；二、偏置抛物反射面加工要求较高，且装配过程中，偏置抛物反射面的焦点与H面扇形喇叭天线的相位中心需要严格对准，装配要求较高；三、波导功分器由至少四层波导功分层层叠形成，尺寸较大，且每个波导功分层需要分别加工后再组装，装配要求过程复杂，装配要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有宽频带、高增益和高效率的基础上，尺寸较小、加工装配过程简单的低剖面CTS平板阵列天线。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低剖面CTS平板阵列天线，包括从上往下依次排列的辐射层、模式转换层和馈电网络层，所述的模式转换层包括第一金属平板以及设置在所述的第一金属平板上表面的模式转换腔阵列，所述的模式转换腔阵列包括2²ⁿ个模式转换腔，2²ⁿ个所述的模式转换腔按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，n为大于等于1的整数，位于同一行的2ⁿ个所述的模式转换腔依次首尾连接；所述的模式转换腔包括从左向右依次连接的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔和第五矩形腔，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的长边沿所述的模式转换腔阵列的行方向，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的宽边沿所述的模式转换腔阵列的列方向，以所述的第一矩形腔的中心作为基准，所述的第二矩形腔的中心相对于所述的第一矩形腔的中心向前偏移，所述的第二矩形腔的前端长边超出所述的第一矩形腔的前端长边，所述的第三矩形腔的中心与所述的第一矩形腔的中心位于同一直线上且平行于所述的第一矩形腔的长边，所述的第四矩形腔和所述的第二矩形腔相对于所述的第三矩形腔的中心对称，所述的第五矩形腔和所述的第一矩形腔相对于所述的第三矩形腔的中心对称，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔通过在所述的第一金属平板的上表面开设矩形槽形成，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的高度均相等且小于所述的第一金属平板的高度，所述的第一矩形腔的宽度小于所述的第三矩形腔的宽度，所述的的第三矩形腔的宽度小于所述的第二矩形腔的宽度，所述的的第二矩形腔的宽度小于二分之一波长，所述的第五矩形腔的宽度等于所述的第一矩形腔的宽度，所述的第四矩形腔的宽度等于所述的第二矩形腔的宽度，所述的第一金属平板的下表面设置有2²ⁿ个输入端口，2²ⁿ个输入端口按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，2²ⁿ个所述的输入端口分别通过在所述的第一金属平板的下表面开设矩形槽实现，2²ⁿ个所述的输入端口与2²ⁿ个所述的模式转换腔上下一一对应连通，对应连通的一个输入端口和模式转换腔中，所述的输入端口的沿竖直方向的中心轴线与所述的模式转换腔中第三矩形腔沿竖直方向的中心轴线重叠，所述的输入端口的长边平行于所述的第三矩形腔的长边且其长度小于所述的第三矩形腔的长边的长度，所述的输入端口的宽边与所述的第三矩形腔的宽边平行且其长度小于所述的第三矩形腔的宽边的长度；位于第k行第j列的输入端口与位于第k行第j+1列的输入端口的中心间距位于0.8倍的波长至1.2倍的波长之间，位于第k行第j列的输入端口与位于第k+1行第j列的输入端口之间的中心间距位于0.8倍至1.2倍的波长之间，k＝1，2，3，…，2ⁿ，j＝1，2，3，…，2ⁿ。

所述的馈电网络层包括第二金属平板以及设置在所述的第二金属平板上的4ⁿ个H型单脊波导功分器和一个第一E面波导功分器，n为大于等于1的整数，所述的H型单脊波导功分器具有一个输入端和四个输出端，4ⁿ个所述的H型单脊波导功分器按照k行×k列的方式均匀分布形成第1级馈电网络阵列，其中将所述的第1级馈电网络阵列中从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器作为第1级H型单脊波导功分网络单元，所述的第1级馈电网络阵列包括4^n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端再通过一个H型单脊波导功分器连接；连接4^n-1个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端的所有H型单脊波导功分器构成j行×j列的第2级馈电网络阵列，其中，将所述的第2级馈电网络阵列从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器作为第2级H型单脊波导功分网络单元，所述的第2级馈电网络阵列包括4^n-2个第2级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第2级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端再通过一个H型单脊波导功分器连接；以此类推，直至仅包括4个H型单脊波导功分器的第n-1级H型单脊波导功分网络单元构成，所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端也通过一个H型单脊波导功分器连接，所述的第一E面波导功分器的两个输出端分别与所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的一个H型单脊波导功分器的输入端连接，所述的第一E面波导功分器的输入端为所述的低剖面CTS平板阵列天线的输入端，所述的第1级馈电网络中的每个H型单脊波导功分器的四个输出端分别设置有一个单脊波导-矩形波导转换器。该结构中，馈电网络层利用H型单脊矩形波导功分器采用输入和输出同向结构，结构紧凑，能够降低截止频率，扩宽主模带宽，实现了低剖面CTS平板阵列天线超宽带高效率馈电，在给定频率下H型单脊矩形波导功分器可以消减宽边尺寸，降低天线重量，利于实现小型化。

所述的单脊波导-矩形波导转换器包括第一矩形金属块，所述的第一矩形金属块内设置有第六矩形腔，所述的第六矩形腔内分别设置有第一E面台阶和第一H面台阶，所述的第一E面台阶为矩形，所述的第一E面台阶的高度低于所述的第六矩形腔的高度，所述的第一E面台阶的下端面与所述的第六矩形腔的下端面贴合，所述的第一E面台阶的前端面与所述的第六矩形腔的前端面贴合，所述的第一E面台阶的后端面与所述的第六矩形腔的后端面贴合，所述的第一E面台阶的左端面与所述的第六矩形腔的前左端面贴合，所述的第一H面台阶的后端面与所述的第六矩形腔的后端面贴合，所述的第一H面台阶的右端面与所述的第六矩形腔的右端面贴合，所述的第一H面台阶的下端面与所述的第六矩形腔的下端面贴合，所述的第一H面台阶的高度与所述的第六矩形腔的高度相等，所述的第一矩形金属块的上表面设置有与所述的第六矩形腔相通的矩形波导输出口，所述的第一矩形金属块的前端面上设置有单脊波导输入口，所述的单脊波导输入口与所述的第六矩形腔连通，所述的单脊波导输入口的高度与所述的第六矩形腔的高度相等，所述的单脊波导输入口的底面与所述的第六矩形腔的底面位于同一平面上，所述的单脊波导输入口的左端面与所述的第一E面台阶的右端面齐平，所述的单脊波导输入口的右端面与所述的第六矩形腔的右端面齐平，所述的单脊波导输入口的底面设置有延伸到所述的第六矩形腔底面上的第一脊阶梯，所述的第一脊阶梯包括依次连接的第一矩形脊梁和第二矩形脊梁，所述的第一矩形脊梁的高度大于所述的第二矩形脊梁的高度，所述的第一矩形脊梁的高度小于所述的第六矩形腔的高度，所述的第一矩形脊梁的前端面与所述的单脊波导输入口的前端面齐平，所述的第一矩形脊梁的后端面与所述的单脊波导输入口的后端面齐平，所述的第一矩形脊梁的后端面与所述的第二矩形脊梁的前端面贴合，所述的第一矩形脊梁的左端面和所述的第二矩形脊梁的左端面齐平，所述的第一矩形脊梁的右端面和所述的第二矩形脊梁的右端面齐平，所述的第一矩形脊梁的左端面与所述的第一E面台阶的右端面之间的距离等于所述的第一矩形脊梁的右端面到所述的第六矩形腔的右端面之间的距离，所述的第二矩形脊梁的后端面与所述的第一H面台阶之间存在一端距离，所述的第一矩形脊梁的右端面与所述的第一H面台阶的左端面齐平。该结构中，第六矩形腔内分别设置有第一E面台阶和第一H面台阶，第一脊阶梯用于阻抗匹配，降低因结构的不连续性带来的回波损耗，使该结构具有良好的宽带传输特性。

所述的辐射层包括第一辐射单元和第二辐射单元，所述的第一辐射单元包括第三金属平板以及设置在所述的第三金属平板上2ⁿ个第二E面波导功分器，2ⁿ个所述的第二E面波导功分器按照2ⁿ行×1列的方式排布，每个所述的第二E面波导功分器具有一个输入端和两个输出端，每相邻两行所述的第二E面波导功分器之间的间距相等，位于第h行的所述的第二E面波导功分器的输入端和位于第h行的2ⁿ个所述的模式转换腔连通，且位于第h行的所述的第二E面波导功分器的输入端沿行方向的中心线与位于第h行的2ⁿ个所述的模式转换腔沿行方向的中心线位于同一平面上且该平面垂直于所述的第三金属平板，h＝1，2，3，…，2ⁿ，所述的第二辐射单元包括第四金属平板以及设置在所述的第四金属平板上的2ⁿ⁺¹个E面阶梯喇叭，2ⁿ⁺¹个所述的E面阶梯喇叭按照2ⁿ⁺¹行×1列的方式排布，每个所述的E面阶梯喇叭具有一个输入端和一个输出端，每相邻两行所述的E面阶梯喇叭之间的间距相等，2^{n +1}个所述的E面阶梯喇叭的输出端和2ⁿ个所述的第二E面波导功分器的两个输出端一一对应连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于馈电网络层把从标准波导口馈入的单路TE10模，转化为多路功率相同，相位相同的TE10模信号，多路等幅同相信号以相距2倍波导波长的距离，同时馈入包括第一金属平板以及设置在第一金属平板上表面的模式转换腔阵列的模式转换层中，保证了各路信号电磁场方向的一致性，多路等幅同相信号在模式转换腔内部能量相互合成而无抵消，即首先完成多路功率合成为一路的目的，模式转换腔由宽度不等，前后错落分布的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔和第五矩形腔这五个波导腔组成，模式转换腔长度为一个波长，这与矩形波导内TE10模传输的电磁场相吻合，模式转换腔内的电磁场经过耦合缝隙时，电磁场矢量方向发生偏转，由于波导腔的排列规律，各个波导腔偏转后的电磁场矢量方向将保持一致，这样就形成了准TEM模线源，模式转换腔输出的准TEM波通过辐射层的E面平板波导功分器和E面阶梯喇叭向外辐射平面波，相邻模式转换腔之间形成的横向枝节，能够在宽带传输的条件下得到较高的增益和较低的副瓣，各个模式转换腔结构设计紧凑，在同一平面内完成TEM模式转换，无需反射面等复杂的结构，降低了加工难度，有利于实现低剖面的设计，使CTS平板阵列天线在具有宽频带、高增益和高效率的基础上，尺寸较小、加工装配过程简单。

附图说明

图1为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的分解图；

图2为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的局部剖视图；

图3为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的模式转换层的俯视图；

图4为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的模式转换腔的结构图；

图5为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的模式转换层的仰视图；

图6为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的馈电网络层的俯视图；

图7为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的单脊波导-矩形波导转换器的立体图；

图8为本发明的低剖面CTS平板阵列天线的单脊波导-矩形波导转换器的分解图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图所示，一种低剖面CTS平板阵列天线，包括从上往下依次排列的辐射层、模式转换层和馈电网络层，模式转换层包括第一金属平板1以及设置在第一金属平板1上表面的模式转换腔阵列，模式转换腔阵列包括2²ⁿ个模式转换腔2，2²ⁿ个模式转换腔2按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，n为大于等于1的整数，位于同一行的2ⁿ个模式转换腔2依次首尾连接；模式转换腔2包括从左向右依次连接的第一矩形腔3、第二矩形腔4、第三矩形腔5、第四矩形腔6和第五矩形腔7，第一矩形腔3、第二矩形腔4、第三矩形腔5、第四矩形腔6和第五矩形腔7的长边沿模式转换腔阵列的行方向，第一矩形腔3、第二矩形腔4、第三矩形腔5、第四矩形腔6和第五矩形腔7的宽边沿模式转换腔阵列的列方向，以第一矩形腔3的中心作为基准，第二矩形腔4的中心相对于第一矩形腔3的中心向前偏移，第二矩形腔4的前端长边超出第一矩形腔3的前端长边，第三矩形腔5的中心与第一矩形腔3的中心位于同一直线上且平行于第一矩形腔3的长边，第四矩形腔6和第二矩形腔4相对于第三矩形腔5的中心对称，第五矩形腔7和第一矩形腔3相对于第三矩形腔5的中心对称，第一矩形腔3、第二矩形腔4、第三矩形腔5、第四矩形腔6和第五矩形腔7通过在第一金属平板1的上表面开设矩形槽形成，第一矩形腔3、第二矩形腔4、第三矩形腔5、第四矩形腔6和第五矩形腔7的高度相等且小于第一金属平板1的高度，第一矩形腔3的宽度小于第三矩形腔5的宽度，第三矩形腔5的宽度小于第二矩形腔4的宽度，第二矩形腔4的宽度小于二分之一波长，第五矩形腔7的宽度等于第一矩形腔3的宽度，第四矩形腔6的宽度等于第二矩形腔4的宽度，第一金属平板1的下表面设置有2²ⁿ个输入端口8，2²ⁿ个输入端口8按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，2²ⁿ个输入端口8分别通过在第一金属平板1的下表面开设矩形槽实现，2²ⁿ个输入端口8与2²ⁿ个模式转换腔2上下一一对应连通，对应连通的一个输入端口8和模式转换腔2中，输入端口8的沿竖直方向的中心轴线与模式转换腔2中第三矩形腔5沿竖直方向的中心轴线重叠，输入端口8的长边平行于第三矩形腔5的长边且其长度小于第三矩形腔5的长边的长度，输入端口8的宽边与第三矩形腔5的宽边平行且其长度小于第三矩形腔5的宽边的长度；位于第k行第j列的输入端口8与位于第k行第j+1列的输入端口8的中心间距位于0.8倍的波长至1.2倍的波长之间，位于第k行第j列的输入端口8与位于第k+1行第j列的输入端口8之间的中心间距位于0.8倍至1.2倍的波长之间，k＝1，2，3，…，2ⁿ，j＝1，2，3，…，2ⁿ。

本实施例中，馈电网络层包括第二金属平板9以及设置在第二金属平板9上的4ⁿ个H型单脊波导功分器10和一个第一E面波导功分器11，n为大于等于1的整数，H型单脊波导功分器10具有一个输入端和四个输出端，4ⁿ个H型单脊波导功分器10按照k行×k列的方式均匀分布形成第1级馈电网络阵列，其中将第1级馈电网络阵列中从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器10作为第1级H型单脊波导功分网络单元，第1级馈电网络阵列包括4^n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元，每个第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器10的输入端通过一个H型单脊波导功分网络连接；连接4^n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器10的输入端的H型单脊波导功分网络构成j行×j列的第2级馈电网络阵列，其中，将第2级馈电网络阵列从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器作为第2级H型单脊波导功分网络单元，第2级馈电网络阵列包括4^n-2个第2级H型单脊波导功分网络单元，每个第2级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端通过一个H型单脊波导功分器连接；以此类推，直至仅包括4个H型单脊波导功分器的第n-1级H型单脊波导功分网络单元构成，第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端也通过一个H型单脊波导功分器连接，第一E面波导功分器11的两个输出端分别与第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的一个H型单脊波导功分器的输入端连接，第一E面波导功分器11的输入端为低剖面CTS平板阵列天线的输入端，第1级馈电网络中的每个H型单脊波导功分器10的四个输出端分别设置有一个单脊波导-矩形波导转换器12。

本实施例中，单脊波导-矩形波导转换器12包括第一矩形金属块13，第一矩形金属块13内设置有第六矩形腔14，第六矩形腔14内分别设置有第一E面台阶15和第一H面台阶16，第一E面台阶15为矩形，第一E面台阶15的高度低于第六矩形腔14的高度，第一E面台阶15的下端面与第六矩形腔14的下端面贴合，第一E面台阶15的前端面与第六矩形腔14的前端面贴合，第一E面台阶15的后端面与第六矩形腔14的后端面贴合，第一E面台阶15的左端面与第六矩形腔14的前左端面贴合，第一H面台阶16的后端面与第六矩形腔14的后端面贴合，第一H面台阶16的右端面与第六矩形腔14的右端面贴合，第一H面台阶16的下端面与第六矩形腔14的下端面贴合，第一H面台阶16的高度与第六矩形腔14的高度相等，第一矩形金属块13的上表面设置有与第六矩形腔14相通的矩形波导输出口24，第一矩形金属块13的前端面上设置有单脊波导输入口17，单脊波导输入口17与第六矩形腔14连通，单脊波导输入口17的高度与第六矩形腔14的高度相等，单脊波导输入口17的底面与第六矩形腔14的底面位于同一平面上，单脊波导输入口17的左端面与第一E面台阶15的右端面齐平，单脊波导输入口17的右端面与第六矩形腔14的右端面齐平，单脊波导输入口17的底面设置有延伸到第六矩形腔14底面上的第一脊阶梯，第一脊阶梯包括依次连接的第一矩形脊梁18和第二矩形脊梁19，第一矩形脊梁18的高度大于第二矩形脊梁19的高度，第一矩形脊梁18的高度小于第六矩形腔14的高度，第一矩形脊梁18的前端面与单脊波导输入口17的前端面齐平，第一矩形脊梁18的后端面与单脊波导输入口17的后端面齐平，第一矩形脊梁18的后端面与第二矩形脊梁19的前端面贴合，第一矩形脊梁18的左端面和第二矩形脊梁19的左端面齐平，第一矩形脊梁18的右端面和第二矩形脊梁19的右端面齐平，第一矩形脊梁18的左端面与第一E面台阶15的右端面之间的距离等于第一矩形脊梁18的右端面到第六矩形腔14的右端面之间的距离，第二矩形脊梁19的后端面与第一H面台阶16之间存在一端距离，第一矩形脊梁18的右端面与第一H面台阶16的左端面齐平。

本实施例中，辐射层包括第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元包括第三金属平板20以及设置在第三金属平板20上2ⁿ个第二E面波导功分器21，2ⁿ个第二E面波导功分器21按照2ⁿ行×1列的方式排布，每个第二E面波导功分器21具有一个输入端和两个输出端，每相邻两行第二E面波导功分器21之间的间距相等，位于第h行的第二E面波导功分器21的输入端和位于第h行的2ⁿ个模式转换腔2连通，且位于第h行的第二E面波导功分器21的输入端沿行方向的中心线与位于第h行的2ⁿ个模式转换腔2沿行方向的中心线位于同一平面上且该平面垂直于第三金属平板20，h＝1，2，3，…，2ⁿ，第二辐射单元包括第四金属平板22以及设置在第四金属平板22上的2ⁿ⁺¹个E面阶梯喇叭23，2ⁿ⁺¹个E面阶梯喇叭23按照2ⁿ⁺¹行×1列的方式排布，每个E面阶梯喇叭23具有一个输入端和一个输出端，每相邻两行E面阶梯喇叭23之间的间距相等，2ⁿ⁺¹个E面阶梯喇叭23的输出端和2ⁿ个第二E面波导功分器21的两个输出端一一对应连通。

本实施例中，H型单脊波导功分器、第一E面波导功分器11、第二E面波导功分器21和E面阶梯喇叭23均采用其技术领域的成熟产品。

Claims (4)

1.一种低剖面CTS平板阵列天线，包括从上往下依次排列的辐射层、模式转换层和馈电网络层，其特征在于所述的模式转换层包括第一金属平板以及设置在所述的第一金属平板上表面的模式转换腔阵列，所述的模式转换腔阵列包括2²ⁿ个模式转换腔，2²ⁿ个所述的模式转换腔按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，n为大于等于1的整数，位于同一行的2ⁿ个所述的模式转换腔依次首尾连接；

所述的模式转换腔包括从左向右依次连接的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔和第五矩形腔，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的长边沿所述的模式转换腔阵列的行方向，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的宽边沿所述的模式转换腔阵列的列方向，以所述的第一矩形腔的中心作为基准，所述的第二矩形腔的中心相对于所述的第一矩形腔的中心向前偏移，所述的第二矩形腔的前端长边超出所述的第一矩形腔的前端长边，所述的第三矩形腔的中心与所述的第一矩形腔的中心位于同一直线上且平行于所述的第一矩形腔的长边，所述的第四矩形腔和所述的第二矩形腔相对于所述的第三矩形腔的中心对称，所述的第五矩形腔和所述的第一矩形腔相对于所述的第三矩形腔的中心对称，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔通过在所述的第一金属平板的上表面开设矩形槽形成，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、所述的第四矩形腔和所述的第五矩形腔的高度相等且小于所述的第一金属平板的高度，所述的第一矩形腔的宽度小于所述的第三矩形腔的宽度，所述的的第三矩形腔的宽度小于所述的第二矩形腔的宽度，所述的的第二矩形腔的宽度小于二分之一波长，所述的第五矩形腔的宽度等于所述的第一矩形腔的宽度，所述的第四矩形腔的宽度等于所述的第二矩形腔的宽度，所述的第一金属平板的下表面设置有2²ⁿ个输入端口，2²ⁿ个输入端口按照2ⁿ行×2ⁿ列的方式排布，2²ⁿ个所述的输入端口分别通过在所述的第一金属平板的下表面开设矩形槽实现，2²ⁿ个所述的输入端口与2²ⁿ个所述的模式转换腔上下一一对应连通，对应连通的一个输入端口和模式转换腔中，所述的输入端口的沿竖直方向的中心轴线与所述的模式转换腔中第三矩形腔沿竖直方向的中心轴线重叠，所述的输入端口的长边平行于所述的第三矩形腔的长边且其长度小于所述的第三矩形腔的长边的长度，所述的输入端口的宽边与所述的第三矩形腔的宽边平行且其长度小于所述的第三矩形腔的宽边的长度；

位于第k行第j列的输入端口与位于第k行第j+1列的输入端口的中心间距位于0.8倍的波长至1.2倍的波长之间，位于第k行第j列的输入端口与位于第k+1行第j列的输入端口之间的中心间距位于0.8倍至1.2倍的波长之间，k＝1，2，3，…，2ⁿ，j＝1，2，3，…，2ⁿ。

2.根据权利要求1所述的一种低剖面CTS平板阵列天线，其特征在于所述的馈电网络层包括第二金属平板以及设置在所述的第二金属平板上的4ⁿ个H型单脊波导功分器和一个第一E面波导功分器，n为大于等于1的整数，所述的H型单脊波导功分器具有一个输入端和四个输出端，4ⁿ个所述的H型单脊波导功分器按照k行×k列的方式均匀分布形成第1级馈电网络阵列，其中将所述的第1级馈电网络阵列中从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器作为第1级H型单脊波导功分网络单元，所述的第1级馈电网络阵列包括4^n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端通过一个H型单脊波导功分器连接；连接4^n-1个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端的H型单脊波导功分器构成j行×j列的第2级馈电网络阵列，其中，将所述的第2级馈电网络阵列从第1行和第1列开始，每2行×2列的H型单脊波导功分器作为第2级H型单脊波导功分网络单元，所述的第2级馈电网络阵列包括4^n-2个第2级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第2级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端通过一个H型单脊波导功分器连接；以此类推，直至仅包括4个H型单脊波导功分器的第n-1级H型单脊波导功分网络单元构成，所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的输入端也通过一个H型单脊波导功分器连接，所述的第一E面波导功分器的两个输出端分别与所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分器的一个H型单脊波导功分器的输入端连接，所述的第一E面波导功分器的输入端为所述的低剖面CTS平板阵列天线的输入端，所述的第1级馈电网络中的每个H型单脊波导功分器的四个输出端分别设置有一个单脊波导-矩形波导转换器。

3.根据权利要求2所述的一种低剖面CTS平板阵列天线，其特征在于所述的单脊波导-矩形波导转换器包括第一矩形金属块，所述的第一矩形金属块内设置有第六矩形腔，所述的第六矩形腔内分别设置有第一E面台阶和第一H面台阶，所述的第一E面台阶为矩形，所述的第一E面台阶的高度低于所述的第六矩形腔的高度，所述的第一E面台阶的下端面与所述的第六矩形腔的下端面贴合，所述的第一E面台阶的前端面与所述的第六矩形腔的前端面贴合，所述的第一E面台阶的后端面与所述的第六矩形腔的后端面贴合，所述的第一E面台阶的左端面与所述的第六矩形腔的前左端面贴合，所述的第一H面台阶的后端面与所述的第六矩形腔的后端面贴合，所述的第一H面台阶的右端面与所述的第六矩形腔的右端面贴合，所述的第一H面台阶的下端面与所述的第六矩形腔的下端面贴合，所述的第一H面台阶的高度与所述的第六矩形腔的高度相等，所述的第一矩形金属块的上表面设置有与所述的第六矩形腔相通的矩形波导输出口，所述的第一矩形金属块的前端面上设置有单脊波导输入口，所述的单脊波导输入口与所述的第六矩形腔连通，所述的单脊波导输入口的高度与所述的第六矩形腔的高度相等，所述的单脊波导输入口的底面与所述的第六矩形腔的底面位于同一平面上，所述的单脊波导输入口的左端面与所述的第一E面台阶的右端面齐平，所述的单脊波导输入口的右端面与所述的第六矩形腔的右端面齐平，所述的单脊波导输入口的底面设置有延伸到所述的第六矩形腔底面上的第一脊阶梯，所述的第一脊阶梯包括依次连接的第一矩形脊梁和第二矩形脊梁，所述的第一矩形脊梁的高度大于所述的第二矩形脊梁的高度，所述的第一矩形脊梁的高度小于所述的第六矩形腔的高度，所述的第一矩形脊梁的前端面与所述的单脊波导输入口的前端面齐平，所述的第一矩形脊梁的后端面与所述的单脊波导输入口的后端面齐平，所述的第一矩形脊梁的后端面与所述的第二矩形脊梁的前端面贴合，所述的第一矩形脊梁的左端面和所述的第二矩形脊梁的左端面齐平，所述的第一矩形脊梁的右端面和所述的第二矩形脊梁的右端面齐平，所述的第一矩形脊梁的左端面与所述的第一E面台阶的右端面之间的距离等于所述的第一矩形脊梁的右端面到所述的第六矩形腔的右端面之间的距离，所述的第二矩形脊梁的后端面与所述的第一H面台阶之间存在一端距离，所述的第一矩形脊梁的右端面与所述的第一H面台阶的左端面齐平。

4.根据权利要求所述的一种低剖面CTS平板阵列天线，其特征在于所述的辐射层包括第一辐射单元和第二辐射单元，所述的第一辐射单元包括第三金属平板以及设置在所述的第三金属平板上2ⁿ个第二E面波导功分器，2ⁿ个所述的第二E面波导功分器按照2ⁿ行×1列的方式排布，每个所述的第二E面波导功分器具有一个输入端和两个输出端，每相邻两行所述的第二E面波导功分器之间的间距相等，位于第h行的所述的第二E面波导功分器的输入端和位于第h行的2ⁿ个所述的模式转换腔连通，且位于第h行的所述的第二E面波导功分器的输入端沿行方向的中心线与位于第h行的2ⁿ个所述的模式转换腔沿行方向的中心线位于同一平面上且该平面垂直于所述的第三金属平板，h＝1，2，3，…，2ⁿ，所述的第二辐射单元包括第四金属平板以及设置在所述的第四金属平板上的2ⁿ⁺¹个E面阶梯喇叭，2ⁿ⁺¹个所述的E面阶梯喇叭按照2ⁿ⁺¹行×1列的方式排布，每个所述的E面阶梯喇叭具有一个输入端和一个输出端，每相邻两行所述的E面阶梯喇叭之间的间距相等，2ⁿ⁺¹个所述的E面阶梯喇叭的输出端和2ⁿ个所述的第二E面波导功分器的两个输出端一一对应连通。