CN111585050B - 一种宽频带平板阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽频带平板阵列天线，包括按照从上到下顺序层叠的极化层、辐射层和馈电层；馈电层用于将单路TE10模转化为多路功率相同且相位相同的TE10模信号，并将多路TE10模信号传输到辐射层，辐射层用于将来自馈电层的多路TE10模信号辐射到自由空间，极化层用于使辐射层产生的电场极化方向进行旋转，使E面方向图和H面方向图的副瓣降低；优点是在具有低副瓣的基础上，具有较高的增益和效率，且加工成本较低。

Description

一种宽频带平板阵列天线
技术领域
本发明涉及一种平板阵列天线，尤其是涉及一种宽频带平板阵列天线。
背景技术
现代信息社会单位时间内的通信数据量越来越大，频谱资源日趋紧张，微波频段的低端已十分拥挤，毫米波频段拥有纯净的电磁环境且宽带可用的频谱资源，已成为高速率时代移动通信系统的最佳选择。E-Band频段为频率在80GHz附近的频段，实际分配频段为71-76GHz和81-86GHz的对称两段，可用总频宽达10GHz，能够满足10-20Gbps的5G时代基站回传需求。E-Band频段是当前毫米波频段中应用最为广泛的一个频段。
在无线通信系统中，射频终端设备中天线的辐射效率和有效增益对无线通信系统的信噪比存在至关重要的影响，天线是决定无线通信系统性能的关键器件之一。为满足E-Band频段的应用要求，根据设计原理的不同，现有的宽频带天线主要分为馈源类天线和平板阵列类天线。馈源类天线可以灵活控制天线的有效增益，其被广泛地运用于航空航天与卫星通信系统，例如：反射面阵列天线和透镜阵列天线等。但是馈源类天线需要考虑最优的焦径比以提高天线的整体效率，整体尺寸较大，从而难于实现低剖面特性。而平板阵列类天线因其剖面低、重量轻并能很好的与其它部件集成，受到越来越多的关注。与馈源类天线相比，平板阵列天线的馈电网络能够准确控制阵列单元的激励幅度和相位，而具有更高的口径利用率。
现有的平板阵列天线主要包括馈电网络层和多级辐射层，通过调整馈电层的功率分配比例来调整辐射层能量分布，从而降低副瓣。但是现有的平板阵列天线在降低副瓣的同时总会造成主瓣变宽、增益下降，不能保证窄主瓣、不牺牲增益的同时获得极低的副瓣。另外，传统的平板阵列天线对馈电网络层和多级辐射层加工焊接精度要求高，加工成本较高，限制了其生产和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有低副瓣的基础上，具有较高的增益和效率，且加工成本较低的宽频带平板阵列天线。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种宽频带平板阵列天线，包括按照从上到下顺序层叠的极化层、辐射层和馈电层；所述的馈电层用于将单路TE10模转化为多路功率相同且相位相同的TE10模信号，并将多路TE10模信号传输到所述的辐射层，所述的辐射层用于将来自所述的馈电层的多路TE10模信号辐射到自由空间，所述的极化层用于使所述的辐射层产生的电场极化方向进行旋转，使E面方向图和H面方向图的副瓣降低。
所述的极化层包括介质基板、设置在所述的介质基板下表面的第一金属层和设置在所述的介质基板上表面的第二金属层，所述的介质基板的材料为塑料，所述的介质基板为长方体结构，将所述的介质基板的长边方向作为左右方向，宽边方向作为前后方向；所述的第一金属层包括附着在所述的介质基板下表面的M个第一金属条带，M为大于等于2的整数，每个所述的第一金属条带均为长方形结构，M个第一金属条带的尺寸相同，M个所述的第一金属条带按照从前向后的顺序均匀间隔排列，每个所述的第一金属条带的左端面分别与所述的介质基板的左端面位于同一平面，每个所述的第一金属条带的右端面分别与所述的介质基板的右端面位于同一平面，位于最前端的第一金属条带的前端面和所述的介质基板的前端面位于同一平面，位于最后端的第一金属条带的后端面和所述的介质基板的后端面位于同一平面，每相邻两个所述的第一金属条带之间的中心间距为0.1λ，λ＝c/f，c为波速，c＝3*10^8m/s，f为所述的宽频带平板阵列天线的中心工作频率，所述的第二金属层包括附着在所述的介质基板上表面的M个第二金属条带，每个所述的第二金属条带均为等腰梯形状，每个所述的第二金属条带的上底中点和下底中点的连线位于所述的介质基板上表面的一条对角线所在的垂直平面上，每个所述的第二金属条带的两条腰所在平面分别与所述的介质基板相邻两个端面所在平面重合，M个所述的第一金属条带与M个所述的第二金属条带一对一对应，对应的第一金属条带与第二金属条带中，如果第一金属条带映射到所述的介质基板上表面且逆时针转动45度，此时第一金属条带的前端面与第二金属条带的上底重合，第一金属条带的后端面与第二金属条带的下底重合。该极化层能够使辐射层产生的电场极化方向沿第一金属条带和第二金属条带的旋转方向旋转，使平板阵列天线斜对角线方向的能量具有良好的锥削分布，E面方向图和H面方向图的副瓣降低，实现低副瓣。
所述的辐射层包括第一平板以及设置在所述的第一平板上的辐射阵列，所述的第一平板为矩形板，所述的辐射阵列由n2个辐射单元按照2(k-1)行×2(k-1)列的方式分布形成，n＝2(k-1)，k为大于等于3的整数，位于同一行相邻两个所述的辐射单元之间的中心间距为1.8λ，位于同一列相邻两个所述的辐射单元之间的中心间距为1.8λ，所述的辐射单元包括两个第一辐射组件和两个第二辐射组件，两个所述的第一辐射组件左右并行间隔排列，且位于左边所述的第一辐射组件向右平移0.9λ后会与位于右边所述的第一辐射组件重叠，两个所述的第二辐射组件也左右间隔排列，且位于左边所述的第二辐射组件向右平移0.9λ后会与位于右边所述的第二辐射组件重叠，两个所述的第二辐射组件位于两个所述的第一辐射组件的后侧，位于左侧的第二辐射组件与位于左侧的第一辐射组件之间的中心间距为0.9λ，且位于左侧的第二辐射组件与位于左侧的第一辐射组件之间为前后对称结构，位于右侧的第二辐射组件与位于右侧的第一辐射组件之间的中心间距为0.9λ，且位于右侧的第二辐射组件与位于右侧的第一辐射组件之间为前后对称结构，所述的第一辐射组件包括第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔、第一矩形匹配板、第二矩形匹配板和第三矩形匹配板，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔和所述的第四矩形腔开设在所述的第一平板上且按照从上到下顺序层叠连通，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔和所述的第四矩形腔的中心位于同一直线上，所述的第一矩形腔的前端面、所述的第二矩形腔的前端面、所述的第三矩形腔的前端面和所述的第四矩形腔的前端面分别平行于所述的第一平板的前端面，所述的第一矩形腔的上端面与所述的第一平板的上端面位于同一平面，所述的第二矩形腔的上端面与所述的第一矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第三矩形腔的上端面与所述的第二矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第四矩形腔的上端面与所述的第三矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第四矩形腔的下端面与所述的第一平板的下端面位于同一平面，所述的第一矩形腔沿左右方向的长度为0.8λ，沿前后方向的长度为0.7λ，高度为0.25λ，所述的第二矩形腔沿左右方向的长度为0.6λ，沿前后方向的长度为0.5λ，高度为0.125λ，所述的第三矩形腔沿左右方向的长度为0.6λ，所述的第三矩形腔沿前后方向的长度小于0.5λ，所述的第三矩形腔的高度为0.25λ，所述的第四矩形腔沿左右方向的长度为所述的第一矩形腔沿左右方向的长度的0.5倍，所述的第四矩形腔沿前后方向的长度为所述的第一矩形腔沿前后方向的长度的0.4倍，所述的第一矩形匹配板和所述的第二矩形匹配板位于所述的第三矩形腔内，所述的第一矩形匹配板的后侧壁与所述的第三矩形腔的后侧壁贴合且两者一体成型连接，所述的第一矩形匹配板的左端面到所述的第三矩形腔的左端面的距离等于所述的第一矩形匹配板的右端面到所述的第三矩形腔的右端面的距离,所述的第一矩形匹配板沿左右方向的长度为所述的第三矩形腔沿左右方向长度的0.25倍，所述的第一矩形匹配板沿前后方向的长度为所述的第三矩形腔沿前后方向长度的0.13倍，所述的第一矩形匹配板的上端面与所述的第三矩形腔的上端面位于同一平面，所述的第一矩形匹配板的下端面与所述的第三矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第二矩形匹配板与所述的第一矩形匹配板为相对于所述的第三矩形腔的前后等分平面呈前后对称，所述的第三矩形匹配板位于所述的第四矩形腔内，所述的第三矩形匹配板的前侧壁与所述的第四矩形腔的前侧壁贴合且两者一体成型连接，所述的第三矩形匹配板的左端面到所述的第四矩形腔的左端面的距离等于所述的第三矩形匹配板的右端面到所述的第四矩形腔的右端面的距离，所述的第三矩形匹配板的上端面与所述的第四矩形腔的上端面位于同一平面，所述的第三矩形匹配板的下端面与所述的第四矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第三矩形匹配板沿左右方向的长度为所述的第四矩形腔沿左右方向的长度的0.33倍，所述的第三矩形匹配板沿前后方向的长度为所述的第四矩形腔沿前后方向的长度的0.5倍，所述的第四矩形腔的下端面作为所述的第一辐射组件的输入端，两个所述的第一辐射组件的输入端和两个所述的第二辐射组件的输入端分别作为所述的辐射单元的4个输入端，每个所述的辐射单元的4个输入端作为所述的辐射层的4个输入端，所述的辐射层具有4*n2个输入端，所述的第一矩形腔的上端面为所述的第一辐射组件的输出端，两个所述的第一辐射组件的输出端和两个所述的第二辐射组件的输出端分别作为所述的辐射单元的4个输出端，每个所述的辐射单元的4个输出端作为所述的辐射层的4个输出端，所述的辐射层具有4*n2个输出端，所述的辐射层的4*n2个输入端用于一一对应接入所述的馈电层输出的4*n2路TE10模信号，所述的辐射层的4*n2个输出端用于将所述的馈电层输出的4*n2路TE10模信号一一对应辐射到自由空间。该辐射层中，每个辐射单元基于从上至下层叠的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔和第四矩形腔的多层耦合结构构建，由此该辐射层在保证具有宽频带和高增益的基础上，具有较小的成本，且能够实现小型化。
所述的馈电层包括第二平板以及设置在所述的第二平板上的
Figure BDA0002495728010000041
个第1级H型E面波导功分网络单元和一个标准波导输入端口，所述的第二平板为矩形板，每个所述的第1级H型E面波导功分网络单元分别包括第1级H型E面波导功分网络和第2级H型E面波导功分器，所述的第2级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第2级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第2级H型E面波导功分器的输入端作为所述的第1级H型E面波导功分网络单元的输入端，所述的第1级H型E面波导功分网络包括两个第一H型E面波导功分网络和两个第二H型E面波导功分网络，两个所述的第一H型E面波导功分网络左右并行间隔排列，且位于左边所述的第一H型E面波导功分网络向右平移1.8λ后会与位于右边所述的第一H型E面波导功分网络重叠，两个所述的第二H型E面波导功分网络也左右间隔排列，且位于左边所述的第二H型E面波导功分网络向右平移1.8λ后会与位于右边所述的第二H型E面波导功分网络重叠，两个所述的第二H型E面波导功分网络位于两个所述的第一H型E面波导功分网络的后侧，位于左侧的第二H型E面波导功分网络与位于左侧的第一H型E面波导功分网络之间的中心间距为1.8λ，且位于左侧的第二H型E面波导功分网络与位于左侧的第一H型E面波导功分网络之间为前后对称结构，位于右侧的第二H型E面波导功分网络与位于右侧的第一H型E面波导功分网络之间的中心间距为1.8λ，且位于右侧的第二H型E面波导功分网络与位于右侧的第一H型E面波导功分网络之间为前后对称结构，所述的第一H型E面波导功分网络包括第1级H型E面波导功分器和四个E面矩形波导-单脊波导转换器，所述的第1级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第1级H型E面波导功分器将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器分别具有输入端和输出端，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器分别用于将其输入端接入的矩形波导转换为单脊波导在其输出端输出，四个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端与所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端一一对应连接，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输出端分别作为所述的第一H型E面波导功分网络的输出端，所述的第一H型E面波导功分网络具有四个输出端，两个第一H型E面波导功分网络的四个输出端和两个第二H型E面波导功分网络的四个输出端分别作为所述的第1级H型E面波导功分网络单元的输出端，每个所述的第1级H型E面波导功分网络单元具有十六个输出端，
Figure BDA0002495728010000051
个第1级H型E面波导功分网络单元具有
Figure BDA0002495728010000052
个输出端，
Figure BDA0002495728010000053
个第1级H型E面波导功分网络单元的
Figure BDA0002495728010000054
个输出端作为所述的馈电层的
Figure BDA0002495728010000055
个输出端与所述的辐射层的4n2个输入端一一对应的连接；
Figure BDA0002495728010000056
个第1级H型E面波导功分网络单元按照
Figure BDA0002495728010000057
Figure BDA0002495728010000058
均匀间隔分布形成第1级馈电网络阵列，位于同一行的每相邻两个所述的第1级H型E面波导功分网络单元之间的中心间距为3.6λ，位于同一列的每相邻两个所述的第1级H型E面波导功分网络单元之间的中心间距为3.6λ，从所述的第1级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个所述的第1级H型E面波导功分网络单元作为一个第1级网络单元组，所述的第1级馈电网络阵列中共
Figure BDA0002495728010000059
个第1级网络单元组，每个第1级网络单元组中设置有一个第3级H型E面波导功分器，所述的第3级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第3级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第3级H型E面波导功分器的四个输出端与第1级网络单元组中4个第1级H型E面波导功分网络单元的输入端一一对应连接，第1级网络单元组和与其连接的第3级H型E面波导功分器作为第2级H型E面波导功分网络单元，第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure BDA00024957280100000510
列分布的
Figure BDA00024957280100000511
个第2级H型E面波导功分网络单元，
Figure BDA0002495728010000061
个第2级H型E面波导功分网络单元形成第2级馈电网络阵列，从所述的第2级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个所述的第2级H型E面波导功分网络单元作为一个第2级网络单元组，所述的第2级馈电网络阵列中共
Figure BDA0002495728010000062
个第2级网络单元组，第2级网络单元组中每个第2级H型E面波导功分网络单元的第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级网络单元组的一个输入端，第2级网络单元组具有四个输入端，每个第2级网络单元组中设置有一个第4级H型E面波导功分器，所述的第4级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第4级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第4级H型E面波导功分器的四个输出端与第2级网络单元组的四个输入端一一对应连接，第2级网络单元组和与其连接的4级H型E面波导功分器作为第3级H型E面波导功分网络单元，第4级H型E面波导功分器的输入端作为第3级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure BDA0002495728010000063
列分布的
Figure BDA0002495728010000064
个第3级H型E面波导功分网络单元，
Figure BDA0002495728010000065
个第3级H型E面波导功分网络单元形成第3级馈电网络阵列，以此类推，直至
Figure BDA0002495728010000066
个第k-2级H型E面波导功分网络单元形成第k-2级馈电网络阵列，所述的第k-2级馈电网络阵列中的4个第k-2级H型E面波导功分网络单元之间设置有第k-1级H型E面波导功分器，第k-1级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第k-1级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第k-1级H型E面波导功分器的四个输出端与4个第k-2级H型E面波导功分网络单元的输入端一一对应连接，第k-1级H型E面波导功分器的输入端与所述的标准波导输入端口连接，所述的标准波导输入端口为所述的馈电层的输入端，所述的馈电层的输入端与外部信号接头连接。
所述的E面矩形波导-单脊波导转换器包括第一矩形金属块，所述的第一矩形金属块上分别设置有矩形口和第五矩形腔，所述的矩形口为所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端，所述的矩形口的上端面到所述的第一矩形金属块的上端面具有一段距离，所述的矩形口的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的上端面与所述的第一矩形金属块的上端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的右端面与所述的矩形口的右端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的前端面与所述的矩形口的后端面连接且处于贴合状态，所述的第五矩形腔的下端面与所述的矩形口的下端面位于同一平面，所述的矩形口的左端面所在平面与所述的第五矩形腔的左端面所在平面之间具有一段距离，所述的第五矩形腔的左端面到所述的第一矩形金属块的左端面具有一段距离，且所述的第五矩形腔的左端面到所述的第一矩形金属块的左端面的距离等于所述的第五矩形腔的右端面到所述的第一矩形金属块的右端面的距离，所述的第五矩形腔的下端面到所述的第一矩形金属块的下端面具有一段距离，所述的第五矩形腔内设置有单脊阶梯、H面台阶和E面台阶，所述的单脊阶梯、所述的H面台阶和所述的E面台阶分别为矩形块，所述的H面台阶的右端面与所述的第五矩形腔的右端面连接且两者为贴合状态，所述的H面台阶的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态，所述的H面台阶的左端面与所述的单脊阶梯的右端面连接且处于贴合状态，所述的单脊阶梯的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态，所述的单脊阶梯的上端面与所述的第五矩形腔的上端面位于同一平面，所述的单脊阶梯的左端面与所述的E面台阶的右端面连接且处于贴合状态，所述的E面台阶的左端面与所述的第五矩形腔的左端面连接且两者为贴合状态，所述的E面台阶的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态；所述的H面台阶沿前后方向的长度为所述的第五矩形腔沿前后方向的长度的0.5倍，所述的H面台阶沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的H面台阶沿上下方向的长度为所述的第五矩形腔沿上下方向的长度的0.4倍，所述的单脊阶梯沿前后方向的长度为所述的第五矩形腔前后方向的长度的0.5倍，所述的单脊阶梯沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的单脊阶梯沿上下方向的长度等于所述的第五矩形腔沿上下方向的长度，所述的E面台阶沿前后方向的长度等于所述的第五矩形腔沿前后方向的长度，所述的E面台阶沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的E面台阶沿上下方向的长度为所述的第五矩形腔沿上下方向的长度的0.25倍，第五矩形腔的上端面为所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输出端；所述的第1级H型E面波导功分器包括第一矩形块、第二矩形块、第三矩形块、第一匹配块、第二匹配块和第四矩形块，所述的第一矩形块、所述的第二矩形块、所述的第三矩形块、所述的第一匹配块、所述的第二匹配块和所述的第四矩形块的上端面位于同一平面，所述的第一矩形块的左端面平行于所述的第二平板的左端面，所述的第一矩形块沿前后方向的长度为0.7λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的左端面与所述的第一矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第三矩形块沿前后方向的长度为0.125λ，沿左右方向的长度为0.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的前端面所在平面到所述的第一矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第三矩形块的后端面所在平面到所述的第一矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第三矩形块的右端面与所述的第二矩形块的左端面连接且两者为贴合状态，所述的第二矩形块沿前后方向的长度为0.7λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的前端面所在平面到所述的第二矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第三矩形块的后端面所在平面到所述的第二矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第一匹配块为矩形块，所述的第一匹配块的左端面与所述的第一矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第一匹配块的后端面与所述的第三矩形块的前端面连接且两者为贴合状态，所述的第一匹配块沿前后方向的长度为所述的第一矩形块沿前后方向的长度的0.1倍，所述的第一匹配块沿左右方向的长度为所述的第一矩形块沿左右方向的长度的0.8倍，所述的第一匹配块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第二匹配块与所述的第一匹配块相对于所述的第三矩形块沿前后方向的中线呈左右对称结构，所述的第四矩形块的前端面与所述的第三矩形块的后端面连接且两者为贴合状态，所述的第四矩形块的左端面到所述的第一矩形块的右端面的距离等于所述的第四矩形块的右端面到所述的第二矩形块的左端面的距离，所述的第四矩形块沿左右方向的长度为所述的第一矩形块沿左右方向上的长度的1.25倍，所述的第四矩形块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第一矩形块的前端面、所述的第一矩形块的后端面、所述的第二矩形块的前端面和所述的第二矩形块的后端面分别作为所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端，所述的第四矩形块的后端面为所述的第1级H型E面波导功分器的输入端；所述的第2级H型E面波导功分器包括第五矩形块、第六矩形块、第七矩形块、第八矩形块、第一转换块、第二转换块、第三转换块和第四转换块，所述的第五矩形块、所述的第六矩形块、所述的第七矩形块、所述的第一转换块、所述的第二转换块、所述的第三转换块、所述的第四转换块和所述的第八矩形块的上端面位于同一平面，所述的第五矩形块沿前后方向的长度为1.2λ，沿左右方向的长度为0.2λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第五矩形块的左端面具有第一矩形凹腔，所述的第一矩形凹腔沿上下方向的长度等于所述的第五矩形块沿上下方向的长度，所述的第一矩形凹腔沿前后方向的长度小于所述的第五矩形块沿前后方向的长度，所述的第一矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第五矩形块沿左右方向的长度，所述的第一矩形凹腔的前端面所在平面到所述的第五矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第一矩形凹腔的后端面所在平面到所述的第五矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第六矩形块与所述的第五矩形块为左右对称结构，所述的第六矩形块与所述的第五矩形块之间的中心间距为1.9λ，所述的第七矩形块的左端面与所述的第五矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第七矩形块的右端面与所述的第六矩形块的左端面连接且两者为贴合状态，所述的第七矩形块沿前后方向的长度为0.2λ，沿左右方向的长度为1.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第七矩形块的前端面所在平面到所述的第五矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第七矩形块的后端面所在平面到所述的第五矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第七矩形块的前端面设置有阶梯状凹腔，所述的阶梯状凹腔包括连通的第二矩形凹腔和第三矩形凹腔，所述的第二矩形凹腔和所述的第三矩形凹腔沿上下方向的长度都等于所述的第七矩形块沿上下方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第三矩形凹腔沿左右方向的长度，所述的第三矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第七矩形块沿左右方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿前后方向的长度小于所述的第三矩形凹腔沿前后方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿前后方向的长度与所述的第三矩形凹腔沿前后方向的长度之和小于所述的第七矩形块沿前后方向的长度，所述的第三矩形凹腔的前端面与所述的第七矩形块的前端面位于同一平面，所述的第三矩形凹腔的后端面与所述的第二矩形凹腔的前端面连接且处于贴合状态，所述的第三矩形凹腔的左端面到所述的第七矩形块的左端面之间的距离等于所述的第三矩形凹腔的右端面到所述的第七矩形块的右端面之间的距离，所述的第二矩形凹腔的左端面到所述的第七矩形块的左端面之间的距离等于所述的第二矩形凹腔的右端面到所述的第七矩形块的右端面之间的距离；所述的第八矩形块沿左右方向上的长度为所述的第五矩形块沿左右方向的长度的1.1倍，所述的第八矩形块的前端面与所述的第七矩形块的后端面相连接且呈贴合状态，所述的第八矩形块的左端面到所述的第五矩形块的右端面的距离等于所述的第八矩形块的右端面到所述的第六矩形块的左端面的距离，所述的第八矩形块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第八矩形块沿前后方向的长度为0.2λ，所述的第八矩形块沿左右方向的长度为0.2λ，所述的第八矩形块的后端面为所述的第2级H型E面波导功分器的输入端；所述的第一转换块由第九矩形块、第一直角三角块块、第二直角三角形块和平行四边形块构成，所述的第九矩形块、所述的第一直角三角块块、所述的第二直角三角形块和所述的平行四边形块的上端面位于同一平面，所述的第九矩形块的前端面为所述的第一转换块的前端面，所述的第九矩形块沿左右方向的长度等于0.2λ，所述的第九矩形块沿上下方向的长度等于0.8λ，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第九矩形块的后端面连接且两者为贴合状态，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于所述的第九矩形块沿左右方向的长度，所述的第一直角三角块的第二个直角边所在端面与所述的第九矩形块的左端面位于同一平面，所述的第一直角三角块沿上下方向的长度等于所述的第九矩形块沿上下方向的长度，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第五矩形块的前端面连接且两者为贴合状态，所述的第二直角三角块的第二个直角边所在端面与所述的第五矩形块的右端面位于同一平面，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于所述的第五矩形块沿左右方向的长度，所述的第二直角三角块沿上下方向的长度等于所述的第五矩形块沿上下方向的长度，所述的平行四边形块的前端面与所述的第一直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，所述的平行四边形块的后端面与所述的第二直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，所述的平行四边形块的前端面和后端面之间的距离为0.2λ，所述的平行四边形块沿上下方向上的长度等于所述的第二直角三角块沿上下方向的长度，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第一直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第二直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，所述的第二转换块与所述的第一转换块呈左右平移分布，所述的第一转换块向右平移1.9λ后与所述的第二转换块重合，所述的第三转换块与所述的第一转换块呈前后对称分布，所述的第三转换块与所述的第一转换块之间的中心间距为1.2λ，所述的第四转换块与所述的第二转换块呈前后对称分布，所述的第四转换块与所述的第二转换块之间的中心间距为1.2λ，所述的第一转换块的前端面、所述的第二转换块的前端面、所述的第三转换块的前端面和所述的第四转换块的前端面作为所述的第2级H型E面波导功分器的四个输出端；所述的第h级H型E面波导功分器的结构分别与所述的第2级H型E面波导功分器相同，但是尺寸逐级进行放大，h＝3,4，…，k-1；当每个所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端与四个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端一一对应连接时，所述的第1级H型E面波导功分器的每个输出端与所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端贴合且完全重合，当每个所述的第2级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第1级H型E面波导功分器的输入端一一对应连接时，所述的第2级H型E面波导功分器的每个输出端与第1级H型E面波导功分器的输入端贴合且完全重合，当每个所述的第h级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第h-1级H型E面波导功分器的输入端一一对应连接时，所述的第h级H型E面波导功分器的每个输出端与第h-1级H型E面波导功分器的输入端贴合且完全重合。该结构中，E面矩形波导-单脊波导转换器内设置的单脊阶梯、H面台阶和E面台阶实现阻抗匹配，降低因结构的不连续性带来的回波损耗，使平板阵列天线具有良好的宽带传输特性，且能够对辐射层中各个辐射单元均匀馈电，能够扩宽主模带宽，实现了阵列天线超宽带高效率馈电。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过在辐射层上方增加极化层，该极化层能够使辐射层产生的电场极化方向旋转，使E面方向图和H面方向图的副瓣降低，实现低副瓣，且本发明将传统平板天线的多级辐射结构优化为一级辐射层结构，在实现宽带结构的基础上，大大降低了平板天线的剖面高度，有效减小了加工要求和装配要求，容易实现更好的装配精度，低剖面和小型化的设计，减小了传统平板天线中的层间耦合结构的损耗，明显提高了天线的增益与口径效率，由此本发明在具有低副瓣的基础上，具有较高的增益和效率，且加工成本较低。
附图说明
图1为本发明的宽频带平板阵列天线的分解图；
图2为本发明的宽频带平板阵列天线的极化层的底视图；
图3为本发明的宽频带平板阵列天线的极化层的俯视图；
图4为本发明的宽频带平板阵列天线的辐射层的俯视图；
图5为本发明的宽频带平板阵列天线的辐射层的底视图；
图6为本发明的宽频带平板阵列天线的辐射层的第一辐射组件的立体图；
图7为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的俯视图；
图8为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的E面矩形波导-单脊波导转换器的立体图；
图9为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的E面矩形波导-单脊波导转换器的分解图一；
图10为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的E面矩形波导-单脊波导转换器的分解图二；
图11为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的第1级H型E面波导功分器的俯视图；
图12为本发明的宽频带平板阵列天线的馈电层的第2级H型E面波导功分器的俯视图。
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1所示，一种宽频带平板阵列天线，包括按照从上到下顺序层叠的极化层1、辐射层2和馈电层3；馈电层3用于将单路TE10模转化为多路功率相同且相位相同的TE10模信号，并将多路TE10模信号传输到辐射层2，辐射层2用于将来自馈电层3的多路TE10模信号辐射到自由空间，极化层1用于使辐射层2产生的电场极化方向进行旋转，使E面方向图和H面方向图的副瓣降低。
本实施例中，如图2和图3所示，极化层1包括介质基板4、设置在介质基板4下表面的第一金属层和设置在介质基板4上表面的第二金属层，介质基板4的材料为塑料，介质基板4为长方体结构，将介质基板4的长边方向作为左右方向，宽边方向作为前后方向；第一金属层包括附着在介质基板4下表面的M个第一金属条带5，M为大于等于2的整数，每个第一金属条带5均为长方形结构，M个第一金属条带5的尺寸相同，M个第一金属条带5按照从前向后的顺序均匀间隔排列，每个第一金属条带5的左端面分别与介质基板4的左端面位于同一平面，每个第一金属条带5的右端面分别与介质基板4的右端面位于同一平面，位于最前端的第一金属条带5的前端面和介质基板4的前端面位于同一平面，位于最后端的第一金属条带5的后端面和介质基板4的后端面位于同一平面，每相邻两个第一金属条带5之间的中心间距为0.1λ，λ＝c/f，c为波速，c＝3*10^8m/s，f为宽频带平板阵列天线的中心工作频率，第二金属层包括附着在介质基板4上表面的M个第二金属条带6，每个第二金属条带6均为等腰梯形状，每个第二金属条带6的上底中点和下底中点的连线位于介质基板4上表面的一条对角线所在的垂直平面上，每个第二金属条带6的两条腰所在平面分别与介质基板4相邻两个端面所在平面重合，M个第一金属条带5与M个第二金属条带6一对一对应，对应的第一金属条带5与第二金属条带6中，如果第一金属条带5映射到介质基板4上表面且逆时针转动45度，此时第一金属条带5的前端面与第二金属条带6的上底重合，第一金属条带5的后端面与第二金属条带6的下底重合。
本实施例中，如图4-图6所示，辐射层2包括第一平板7以及设置在第一平板7上的辐射阵列，第一平板7为矩形板，辐射阵列由n2个辐射单元8按照2(k-1)行×2(k-1)列的方式分布形成，n＝2(k-1)，k为大于等于3的整数，位于同一行相邻两个辐射单元8之间的中心间距为1.8λ，位于同一列相邻两个辐射单元8之间的中心间距为1.8λ，辐射单元8包括两个第一辐射组件9和两个第二辐射组件10，两个第一辐射组件9左右并行间隔排列，且位于左边第一辐射组件9向右平移0.9λ后会与位于右边第一辐射组件9重叠，两个第二辐射组件10也左右间隔排列，且位于左边第二辐射组件10向右平移0.9λ后会与位于右边第二辐射组件10重叠，两个第二辐射组件10位于两个第一辐射组件9的后侧，位于左侧的第二辐射组件10与位于左侧的第一辐射组件9之间的中心间距为0.9λ，且位于左侧的第二辐射组件10与位于左侧的第一辐射组件9之间为前后对称结构，位于右侧的第二辐射组件10与位于右侧的第一辐射组件9之间的中心间距为0.9λ，且位于右侧的第二辐射组件10与位于右侧的第一辐射组件9之间为前后对称结构，第一辐射组件9包括第一矩形腔11、第二矩形腔12、第三矩形腔13、第四矩形腔14、第一矩形匹配板15、第二矩形匹配板16和第三矩形匹配板17，第一矩形腔11、第二矩形腔12、第三矩形腔13和第四矩形腔14开设在第一平板7上且按照从上到下顺序层叠连通，第一矩形腔11、第二矩形腔12、第三矩形腔13和第四矩形腔14的中心位于同一直线上，第一矩形腔11的前端面、第二矩形腔12的前端面、第三矩形腔13的前端面和第四矩形腔14的前端面分别平行于第一平板7的前端面，第一矩形腔11的上端面与第一平板7的上端面位于同一平面，第二矩形腔12的上端面与第一矩形腔11的下端面位于同一平面，第三矩形腔13的上端面与第二矩形腔12的下端面位于同一平面，第四矩形腔14的上端面与第三矩形腔13的下端面位于同一平面，第四矩形腔14的下端面与第一平板7的下端面位于同一平面，第一矩形腔11沿左右方向的长度为0.8λ，沿前后方向的长度为0.7λ，高度为0.25λ，第二矩形腔12沿左右方向的长度为0.6λ，沿前后方向的长度为0.5λ，高度为0.125λ，第三矩形腔13沿左右方向的长度为0.6λ，第三矩形腔13沿前后方向的长度小于0.5λ，第三矩形腔13的高度为0.25λ，第四矩形腔14沿左右方向的长度为第一矩形腔11沿左右方向的长度的0.5倍，第四矩形腔14沿前后方向的长度为第一矩形腔11沿前后方向的长度的0.4倍，第一矩形匹配板15和第二矩形匹配板16位于第三矩形腔13内，第一矩形匹配板15的后侧壁与第三矩形腔13的后侧壁贴合且两者一体成型连接，第一矩形匹配板15的左端面到第三矩形腔13的左端面的距离等于第一矩形匹配板15的右端面到第三矩形腔13的右端面的距离，第一矩形匹配板15沿左右方向的长度为第三矩形腔13沿左右方向长度的0.25倍，第一矩形匹配板15沿前后方向的长度为第三矩形腔13沿前后方向长度的0.1倍，第一矩形匹配板15的上端面与第三矩形腔13的上端面位于同一平面，第一矩形匹配板15的下端面与第三矩形腔13的下端面位于同一平面，第二矩形匹配板16与第一矩形匹配板15为相对于第三矩形腔13的前后等分平面呈前后对称，第三矩形匹配板17位于第四矩形腔14内，第三矩形匹配板17的前侧壁与第四矩形腔14的前侧壁贴合且两者一体成型连接，第三矩形匹配板17的左端面到第四矩形腔14的左端面的距离等于第三矩形匹配板17的右端面到第四矩形腔14的右端面的距离，第三矩形匹配板17的上端面与第四矩形腔14的上端面位于同一平面，第三矩形匹配板17的下端面与第四矩形腔14的下端面位于同一平面，第三矩形匹配板17沿左右方向的长度为第四矩形腔14沿左右方向的长度的0.3倍，第三矩形匹配板17沿前后方向的长度为第四矩形腔14沿前后方向的长度的0.5倍，第四矩形腔14的下端面作为第一辐射组件9的输入端，两个第一辐射组件9的输入端和两个第二辐射组件10的输入端分别作为辐射单元的4个输入端，每个辐射单元8的4个输入端作为辐射层2的4个输入端，辐射层2具有4*n2个输入端，第一矩形腔11的上端面为第一辐射组件9的输出端，两个第一辐射组件9的输出端和两个第二辐射组件10的输出端分别作为辐射单元8的4个输出端，每个辐射单元8的4个输出端作为辐射层2的4个输出端，辐射层2具有4*n2个输出端，辐射层2的4*n2个输入端用于一一对应接入馈电层3输出的4*n2路TE10模信号，辐射层2的4*n2个输出端用于将馈电层3输出的4*n2路TE10模信号一一对应辐射到自由空间。
本实施例中，如图7所示，馈电层3包括第二平板18以及设置在第二平板18上的
Figure BDA0002495728010000131
个第1级H型E面波导功分网络单元19和一个标准波导输入端口20，第二平板18为矩形板，每个第1级H型E面波导功分网络单元19分别包括第1级H型E面波导功分网络和第2级H型E面波导功分器，第2级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，第2级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第2级H型E面波导功分器的输入端作为第1级H型E面波导功分网络单元19的输入端，第1级H型E面波导功分网络包括两个第一H型E面波导功分网络21和两个第二H型E面波导功分网络22，两个第一H型E面波导功分网络21左右并行间隔排列，且位于左边第一H型E面波导功分网络21向右平移1.8λ后会与位于右边第一H型E面波导功分网络21重叠，两个第二H型E面波导功分网络22也左右间隔排列，且位于左边第二H型E面波导功分网络22向右平移1.8λ后会与位于右边第二H型E面波导功分网络22重叠，两个第二H型E面波导功分网络22位于两个第一H型E面波导功分网络21的后侧，位于左侧的第二H型E面波导功分网络22与位于左侧的第一H型E面波导功分网络21之间的中心间距为1.8λ，且位于左侧的第二H型E面波导功分网络22与位于左侧的第一H型E面波导功分网络21之间为前后对称结构，位于右侧的第二H型E面波导功分网络22与位于右侧的第一H型E面波导功分网络21之间的中心间距为1.8λ，且位于右侧的第二H型E面波导功分网络22与位于右侧的第一H型E面波导功分网络21之间为前后对称结构，第一H型E面波导功分网络21包括第1级H型E面波导功分器23和四个E面矩形波导-单脊波导转换器24，第1级H型E面波导功分器23具有一个输入端和四个输出端，第1级H型E面波导功分器23将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，每个E面矩形波导-单脊波导转换器24分别具有输入端和输出端，每个E面矩形波导-单脊波导转换器24分别用于将其输入端接入的矩形波导转换为单脊波导在其输出端输出，四个E面矩形波导-单脊波导转换器24的输入端与第1级H型E面波导功分器23的四个输出端一一对应连接，每个E面矩形波导-单脊波导转换器24的输出端分别作为第一H型E面波导功分网络21的输出端，第一H型E面波导功分网络21具有四个输出端，两个第一H型E面波导功分网络21的四个输出端和两个第二H型E面波导功分网络22的四个输出端分别作为第1级H型E面波导功分网络单元19的输出端，每个第1级H型E面波导功分网络单元19具有十六个输出端，
Figure BDA0002495728010000141
个第1级H型E面波导功分网络单元19具有
Figure BDA0002495728010000142
个输出端，
Figure BDA0002495728010000143
个第1级H型E面波导功分网络单元19的
Figure BDA0002495728010000144
个输出端作为馈电层3的
Figure BDA0002495728010000145
个输出端与辐射层2的4n2个输入端一一对应的连接；
Figure BDA0002495728010000146
个第1级H型E面波导功分网络单元19按照
Figure BDA0002495728010000147
列均匀间隔分布形成第1级馈电网络阵列，位于同一行的每相邻两个第1级H型E面波导功分网络单元19之间的中心间距为3.6λ，位于同一列的每相邻两个第1级H型E面波导功分网络单元19之间的中心间距为3.6λ，从第1级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个第1级H型E面波导功分网络单元19作为一个第1级网络单元组，第1级馈电网络阵列中共
Figure BDA0002495728010000151
个第1级网络单元组，每个第1级网络单元组中设置有一个第3级H型E面波导功分器，第3级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，第3级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第3级H型E面波导功分器的四个输出端与第1级网络单元组中4个第1级H型E面波导功分网络单元19的输入端一一对应连接，第1级网络单元组和与其连接的第3级H型E面波导功分器作为第2级H型E面波导功分网络单元，第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure BDA0002495728010000152
列分布的
Figure BDA0002495728010000153
个第2级H型E面波导功分网络单元，
Figure BDA0002495728010000154
个第2级H型E面波导功分网络单元形成第2级馈电网络阵列，从第2级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个第2级H型E面波导功分网络单元作为一个第2级网络单元组，第2级馈电网络阵列中共
Figure BDA0002495728010000155
个第2级网络单元组，第2级网络单元组中每个第2级H型E面波导功分网络单元的第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级网络单元组的一个输入端，第2级网络单元组具有四个输入端，每个第2级网络单元组中设置有一个第4级H型E面波导功分器，第4级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，第4级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第4级H型E面波导功分器的四个输出端与第2级网络单元组的四个输入端一一对应连接，第2级网络单元组和与其连接的4级H型E面波导功分器作为第3级H型E面波导功分网络单元，第4级H型E面波导功分器的输入端作为第3级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure BDA0002495728010000156
列分布的
Figure BDA0002495728010000157
个第3级H型E面波导功分网络单元，
Figure BDA0002495728010000158
个第3级H型E面波导功分网络单元形成第3级馈电网络阵列，以此类推，直至
Figure BDA0002495728010000159
个第k-2级H型E面波导功分网络单元形成第k-2级馈电网络阵列，第k-2级馈电网络阵列中的4个第k-2级H型E面波导功分网络单元之间设置有第k-1级H型E面波导功分器，第k-1级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，第k-1级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第k-1级H型E面波导功分器的四个输出端与4个第k-2级H型E面波导功分网络单元的输入端一一对应连接，第k-1级H型E面波导功分器的输入端与标准波导输入端口20连接，标准波导输入端口20为馈电层3的输入端，馈电层3的输入端与外部信号接头连接。
本实施例中，如图8-12所示，E面矩形波导-单脊波导转换器24包括第一矩形金属块25，第一矩形金属块25上分别设置有矩形口26和第五矩形腔27，矩形口26为E面矩形波导-单脊波导转换器24的输入端，矩形口26的上端面到第一矩形金属块25的上端面具有一段距离，矩形口26的前端面与第一矩形金属块25的前端面位于同一平面，第五矩形腔27的上端面与第一矩形金属块25的上端面位于同一平面，第五矩形腔27的右端面与矩形口26的右端面位于同一平面，第五矩形腔27的前端面与矩形口26的后端面连接且处于贴合状态，第五矩形腔27的下端面与矩形口26的下端面位于同一平面，矩形口26的左端面所在平面与第五矩形腔27的左端面所在平面之间具有一段距离，第五矩形腔27的左端面到第一矩形金属块25的左端面具有一段距离，且第五矩形腔27的左端面到第一矩形金属块25的左端面的距离等于第五矩形腔27的右端面到第一矩形金属块25的右端面的距离，第五矩形腔27的下端面到第一矩形金属块25的下端面具有一段距离，第五矩形腔27内设置有单脊阶梯28、E面台阶29和H面台阶30，单脊阶梯28、H面台阶30和E面台阶29分别为矩形块，H面台阶30的右端面与第五矩形腔27的右端面连接且两者为贴合状态，H面台阶30的下端面与第五矩形腔27的下端面连接且两者为贴合状态，H面台阶30的左端面与单脊阶梯28的右端面连接且处于贴合状态，单脊阶梯28的下端面与第五矩形腔27的下端面连接且两者为贴合状态，单脊阶梯28的上端面与第五矩形腔27的上端面位于同一平面，单脊阶梯28的左端面与E面台阶29的右端面连接且处于贴合状态，E面台阶29的左端面与第五矩形腔27的左端面连接且两者为贴合状态，E面台阶29的下端面与第五矩形腔27的下端面连接且两者为贴合状态；H面台阶30沿前后方向的长度为第五矩形腔27沿前后方向的长度的0.5倍，H面台阶30沿左右方向的长度为第五矩形腔27沿左右方向的长度的1/3倍，H面台阶30沿上下方向的长度为第五矩形腔27沿上下方向的长度的0.4倍，单脊阶梯28沿前后方向的长度为第五矩形腔27前后方向的长度的0.5倍，单脊阶梯28沿左右方向的长度为第五矩形腔27沿左右方向的长度的1/3倍，单脊阶梯28沿上下方向的长度等于第五矩形腔27沿上下方向的长度，E面台阶29沿前后方向的长度等于第五矩形腔27沿前后方向的长度，E面台阶29沿左右方向的长度为第五矩形腔27沿左右方向的长度的1/3倍，E面台阶29沿上下方向的长度为第五矩形腔27沿上下方向的长度的0.25倍，第五矩形腔27的上端面为E面矩形波导-单脊波导转换器24的输出端；第1级H型E面波导功分器23包括第一矩形块31、第二矩形块32、第三矩形块33、第一匹配块34、第二匹配块35和第四矩形块36，第一矩形块31、第二矩形块32、第三矩形块33、第一匹配块34、第二匹配块35和第四矩形块36的上端面位于同一平面，第一矩形块31的左端面平行于第二平板18的左端面，第一矩形块31沿前后方向的长度为0.7λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，第三矩形块33的左端面与第一矩形块31的右端面连接且两者为贴合状态，第三矩形块33沿前后方向的长度为0.125λ，沿左右方向的长度为0.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，第三矩形块33的前端面所在平面到第一矩形块31的前端面所在平面的距离等于第三矩形块33的后端面所在平面到第一矩形块31的后端面所在平面的距离，第三矩形块33的右端面与第二矩形块32的左端面连接且两者为贴合状态，第二矩形块32沿前后方向的长度为0.7λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，第三矩形块33的前端面所在平面到第二矩形块32的前端面所在平面的距离等于第三矩形块33的后端面所在平面到第二矩形块32的后端面所在平面的距离，第一匹配块34为矩形块，第一匹配块34的左端面与第一矩形块31的右端面连接且两者为贴合状态，第一匹配块34的后端面与第三矩形块33的前端面连接且两者为贴合状态，第一匹配块34沿前后方向的长度为第一矩形块31沿前后方向的长度的0.1倍，第一匹配块34沿左右方向的长度为第一矩形块31沿左右方向的长度的0.8倍，第一匹配块34沿上下方向的长度为0.8λ，第二匹配块35与第一匹配块34相对于第三矩形块33沿前后方向的中线呈左右对称结构，第四矩形块36的前端面与第三矩形块33的后端面连接且两者为贴合状态，第四矩形块36的左端面到第一矩形块31的右端面的距离等于第四矩形块36的右端面到第二矩形块32的左端面的距离，第四矩形块36沿左右方向的长度为第一矩形块31沿左右方向上的长度的1.25倍，第四矩形块36沿上下方向的长度为0.8λ，第一矩形块31的前端面、第一矩形块31的后端面、第二矩形块32的前端面和第二矩形块32的后端面分别作为第1级H型E面波导功分器23的四个输出端，第四矩形块36的后端面为第1级H型E面波导功分器23的输入端；第2级H型E面波导功分器包括第五矩形块37、第六矩形块38、第七矩形块39、第八矩形块40、第一转换块41、第二转换块42、第三转换块43和第四转换块44，第五矩形块37、第六矩形块38、第七矩形块39、第一转换块41、第二转换块42、第三转换块43、第四转换块44和第八矩形块40的上端面位于同一平面，第五矩形块37沿前后方向的长度为1.2λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，第五矩形块37的左端面具有第一矩形凹腔45，第一矩形凹腔45沿上下方向的长度等于第五矩形块37沿上下方向的长度，第一矩形凹腔45沿前后方向的长度小于第五矩形块37沿前后方向的长度，第一矩形凹腔45沿左右方向的长度小于第五矩形块37沿左右方向的长度，第一矩形凹腔45的前端面所在平面到第五矩形块37的前端面所在平面的距离等于第一矩形凹腔45的后端面所在平面到第五矩形块37的后端面所在平面的距离，第六矩形块38与第五矩形块37为左右对称结构，第六矩形块38与第五矩形块37之间的中心间距为1.9λ，第七矩形块39的左端面与第五矩形块37的右端面连接且两者为贴合状态，第七矩形块39的右端面与第六矩形块38的左端面连接且两者为贴合状态，第七矩形块39沿前后方向的长度为0.2λ，沿左右方向的长度为1.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，第七矩形块39的前端面所在平面到第五矩形块37的前端面所在平面的距离等于第七矩形块39的后端面所在平面到第五矩形块37的后端面所在平面的距离，第七矩形块39的前端面设置有阶梯状凹腔，阶梯状凹腔包括连通的第二矩形凹腔46和第三矩形凹腔47，第二矩形凹腔46和第三矩形凹腔47沿上下方向的长度都等于第七矩形块39沿上下方向的长度，第二矩形凹腔46沿左右方向的长度小于第三矩形凹腔47沿左右方向的长度，第三矩形凹腔47沿左右方向的长度小于第七矩形块39沿左右方向的长度，第二矩形凹腔46沿前后方向的长度小于第三矩形凹腔47沿前后方向的长度，第二矩形凹腔46沿前后方向的长度与第三矩形凹腔47沿前后方向的长度之和小于第七矩形块39沿前后方向的长度，第三矩形凹腔47的前端面与第七矩形块39的前端面位于同一平面，第三矩形凹腔47的后端面与第二矩形凹腔46的前端面连接且处于贴合状态，第三矩形凹腔47的左端面到第七矩形块39的左端面之间的距离等于第三矩形凹腔47的右端面到第七矩形块39的右端面之间的距离，第二矩形凹腔46的左端面到第七矩形块39的左端面之间的距离等于第二矩形凹腔46的右端面到第七矩形块39的右端面之间的距离；第八矩形块40沿左右方向上的长度为第五矩形块37沿左右方向的长度的1.1倍，第八矩形块40的前端面与第七矩形块39的后端面相连接且呈贴合状态，第八矩形块40的左端面到第五矩形块37的右端面的距离等于第八矩形块40的右端面到第六矩形块38的左端面的距离，第八矩形块40沿上下方向的长度为0.8λ，第八矩形块40沿前后方向的长度为0.2λ，第八矩形块40沿左右方向的长度为0.2λ，第八矩形块40的后端面为第2级H型E面波导功分器的输入端；第一转换块41由第九矩形块48、第一直角三角块49、第二直角三角形块50和平行四边形块51构成，第九矩形块48、第一直角三角块49、第二直角三角形块50和平行四边形块51的上端面位于同一平面，第九矩形块48的前端面为第一转换块41的前端面，第九矩形块48沿左右方向的长度等于0.2λ，第九矩形块48沿上下方向的长度等于0.8λ，第一直角三角块49的第一个直角边所在端面与第九矩形块48的后端面连接且两者为贴合状态，第一直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于第九矩形块48沿左右方向的长度，第一直角三角块的第二个直角边所在端面与第九矩形块48的左端面位于同一平面，第一直角三角块沿上下方向的长度等于第九矩形块48沿上下方向的长度，第二直角三角块的第一个直角边所在端面与第五矩形块37的前端面连接且两者为贴合状态，第二直角三角块的第二个直角边所在端面与第五矩形块37的右端面位于同一平面，第二直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于第五矩形块37沿左右方向的长度，第二直角三角块沿上下方向的长度等于第五矩形块37沿上下方向的长度，平行四边形块51的前端面与第一直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，平行四边形块51的后端面与第二直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，平行四边形块51的前端面和后端面之间的距离为0.2λ，平行四边形块51沿上下方向上的长度等于第二直角三角块沿上下方向的长度，第一直角三角块的第一个直角边所在端面与第一直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，第二直角三角块的第一个直角边所在端面与第二直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，第二转换块42与第一转换块41呈左右平移分布，第一转换块41向右平移1.9λ后与第二转换块42重合，第三转换块43与第一转换块41呈前后对称分布，第三转换块43与第一转换块41之间的中心间距为1.2λ，第四转换块44与第二转换块42呈前后对称分布，第四转换块44与第二转换块42之间的中心间距为1.2λ，第一转换块41的前端面、第二转换块42的前端面、第三转换块43的前端面和第四转换块44的前端面作为第2级H型E面波导功分器的四个输出端；第h级H型E面波导功分器的结构分别与第2级H型E面波导功分器相同，但是尺寸逐级进行放大，h＝3,4，…，k-1；当每个第1级H型E面波导功分器23的四个输出端与四个E面矩形波导-单脊波导转换器24的输入端一一对应连接时，第1级H型E面波导功分器23的每个输出端与E面矩形波导-单脊波导转换器24的输入端贴合且完全重合，当每个第2级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第1级H型E面波导功分器23的输入端一一对应连接时，第2级H型E面波导功分器的每个输出端与第1级H型E面波导功分器23的输入端贴合且完全重合，当每个第h级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第h-1级H型E面波导功分器的输入端一一对应连接时，第h级H型E面波导功分器的每个输出端与第h-1级H型E面波导功分器的输入端贴合且完全重合。

Claims (5)

1.一种宽频带平板阵列天线，其特征在于包括按照从上到下顺序层叠的极化层、辐射层和馈电层；所述的馈电层用于将单路TE10模转化为多路功率相同且相位相同的TE10模信号，并将多路TE10模信号传输到所述的辐射层，所述的辐射层用于将来自所述的馈电层的多路TE10模信号辐射到自由空间，所述的极化层用于使所述的辐射层产生的电场极化方向进行旋转，使E面方向图和H面方向图的副瓣降低；所述的极化层包括介质基板、设置在所述的介质基板下表面的第一金属层和设置在所述的介质基板上表面的第二金属层，所述的第一金属层包括附着在所述的介质基板下表面的M个第一金属条带，M为大于等于2的整数，所述的第二金属层包括附着在所述的介质基板上表面的M个第二金属条带，M个所述的第一金属条带与M个所述的第二金属条带一对一对应，对应的第一金属条带与第二金属条带中，如果第一金属条带映射到所述的介质基板上表面且逆时针转动45度，此时第一金属条带的前端面与第二金属条带的上底重合，第一金属条带的后端面与第二金属条带的下底重合；所述的辐射层包括第一平板以及设置在所述的第一平板上的辐射阵列，所述的第一平板为矩形板，所述的辐射阵列由n2个辐射单元按照2(k-1)行×2(k-1)列的方式分布形成，n＝2(k-1)，k为大于等于3的整数，所述的辐射单元包括两个第一辐射组件和两个第二辐射组件，两个所述的第二辐射组件位于两个所述的第一辐射组件的后侧，且位于左侧的第二辐射组件与位于左侧的第一辐射组件之间为前后对称结构，位于右侧的第二辐射组件与位于右侧的第一辐射组件之间为前后对称结构，所述的第一辐射组件包括第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔、第一矩形匹配板、第二矩形匹配板和第三矩形匹配板，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔和所述的第四矩形腔开设在所述的第一平板上且按照从上到下顺序层叠连通，所述的第一矩形匹配板和所述的第二矩形匹配板位于所述的第三矩形腔内，所述的第三矩形匹配板位于所述的第四矩形腔内；所述的馈电层包括第二平板以及设置在所述的第二平板上的
Figure FDA0002823247770000011
个第1级H型E面波导功分网络单元和一个标准波导输入端口，所述的馈电层中H型E面波导功分网络单元设置有E面矩形波导-单脊波导转换器，所述的E面矩形波导-单脊波导转换器中设置有单脊阶梯、H面台阶和E面台阶实现阻抗匹配，降低因结构的不连续性带来的回波损耗，使平板阵天线具有良好的宽带传输特性，且能够对辐射层中各个辐射单元均匀馈电，能够扩宽主模带宽，实现了阵带高效率馈电的方式。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带平板阵列天线，其特征在于所述的极化层的介质基板的材料为塑料，所述的介质基板为长方体结构，将所述的介质基板的长边方向作为左右方向，宽边方向作为前后方向；每个所述的第一金属条带均为长方形结构，M个第一金属条带的尺寸相同，M个所述的第一金属条带按照从前向后的顺序均匀间隔排列，每个所述的第一金属条带的左端面分别与所述的介质基板的左端面位于同一平面，每个所述的第一金属条带的右端面分别与所述的介质基板的右端面位于同一平面，位于最前端的第一金属条带的前端面和所述的介质基板的前端面位于同一平面，位于最后端的第一金属条带的后端面和所述的介质基板的后端面位于同一平面，每相邻两个所述的第一金属条带之间的中心间距为0.1λ，λ＝c/f，c为波速，c＝3*10^8m/s，f为所述的宽频带平板阵列天线的中心工作频率，每个所述的第二金属条带均为等腰梯形状，每个所述的第二金属条带的上底中点和下底中点的连线位于所述的介质基板上表面的一条对角线所在的垂直平面上，每个所述的第二金属条带的两条腰所在平面分别与所述的介质基板相邻两个端面所在平面重合。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带平板阵列天线，其特征在于所述的辐射层中位于同一行相邻两个所述的辐射单元之间的中心间距为1.8λ，位于同一列相邻两个所述的辐射单元之间的中心间距为1.8λ，两个所述的第一辐射组件左右并行间隔排列，且位于左边所述的第一辐射组件向右平移0.9λ后会与位于右边所述的第一辐射组件重叠，两个所述的第二辐射组件也左右间隔排列，且位于左边所述的第二辐射组件向右平移0.9λ后会与位于右边所述的第二辐射组件重叠，位于左侧的第二辐射组件与位于左侧的第一辐射组件之间的中心间距为0.9λ，位于右侧的第二辐射组件与位于右侧的第一辐射组件之间的中心间距为0.9λ，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔和所述的第四矩形腔的中心位于同一直线上，所述的第一矩形腔的前端面、所述的第二矩形腔的前端面、所述的第三矩形腔的前端面和所述的第四矩形腔的前端面分别平行于所述的第一平板的前端面，所述的第一矩形腔的上端面与所述的第一平板的上端面位于同一平面，所述的第二矩形腔的上端面与所述的第一矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第三矩形腔的上端面与所述的第二矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第四矩形腔的上端面与所述的第三矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第四矩形腔的下端面与所述的第一平板的下端面位于同一平面，所述的第一矩形腔沿左右方向的长度为0.8λ，沿前后方向的长度为0.7λ，高度为0.25λ，所述的第二矩形腔沿左右方向的长度为0.6λ，沿前后方向的长度为0.5λ，高度为0.125λ，所述的第三矩形腔沿左右方向的长度为0.6λ，所述的第三矩形腔沿前后方向的长度小于0.5λ，所述的第三矩形腔的高度为0.3λ，所述的第四矩形腔沿左右方向的长度为所述的第一矩形腔沿左右方向的长度的0.5倍，所述的第四矩形腔沿前后方向的长度为所述的第一矩形腔沿前后方向的长度的0.4倍，所述的第一矩形匹配板的后侧壁与所述的第三矩形腔的后侧壁贴合且两者一体成型连接，所述的第一矩形匹配板的左端面到所述的第三矩形腔的左端面的距离等于所述的第一矩形匹配板的右端面到所述的第三矩形腔的右端面的距离，所述的第一矩形匹配板沿左右方向的长度为所述的第三矩形腔沿左右方向长度的0.25倍，所述的第一矩形匹配板沿前后方向的长度为所述的第三矩形腔沿前后方向长度的0.1倍，所述的第一矩形匹配板的上端面与所述的第三矩形腔的上端面位于同一平面，所述的第一矩形匹配板的下端面与所述的第三矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第二矩形匹配板与所述的第一矩形匹配板为相对于所述的第三矩形腔的前后等分平面呈前后对称，所述的第三矩形匹配板的前侧壁与所述的第四矩形腔的前侧壁贴合且两者一体成型连接，所述的第三矩形匹配板的左端面到所述的第四矩形腔的左端面的距离等于所述的第三矩形匹配板的右端面到所述的第四矩形腔的右端面的距离，所述的第三矩形匹配板的上端面与所述的第四矩形腔的上端面位于同一平面，所述的第三矩形匹配板的下端面与所述的第四矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第三矩形匹配板沿左右方向的长度为所述的第四矩形腔沿左右方向的长度的0.3倍，所述的第三矩形匹配板沿前后方向的长度为所述的第四矩形腔沿前后方向的长度的0.5倍，所述的第四矩形腔的下端面作为所述的第一辐射组件的输入端，两个所述的第一辐射组件的输入端和两个所述的第二辐射组件的输入端分别作为所述的辐射单元的4个输入端，每个所述的辐射单元的4个输入端作为所述的辐射层的4个输入端，所述的辐射层具有4*n2个输入端，所述的第一矩形腔的上端面为所述的第一辐射组件的输出端，两个所述的第一辐射组件的输出端和两个所述的第二辐射组件的输出端分别作为所述的辐射单元的4个输出端，每个所述的辐射单元的4个输出端作为所述的辐射层的4个输出端，所述的辐射层具有4*n2个输出端，所述的辐射层的4*n2个输入端用于一一对应接入所述的馈电层输出的4*n2路TE10模信号，所述的辐射层的4*n2个输出端用于将所述的馈电层输出的4*n2路TE10模信号一一对应辐射到自由空间。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带平板阵列天线，其特征在于所述的馈电层中的第二平板为矩形板，所述的馈电层中每个所述的第1级H型E面波导功分网络单元分别包括第1级H型E面波导功分网络和第2级H型E面波导功分器，所述的第2级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第2级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第2级H型E面波导功分器的输入端作为所述的第1级H型E面波导功分网络单元的输入端，所述的第1级H型E面波导功分网络包括两个第一H型E面波导功分网络和两个第二H型E面波导功分网络，两个所述的第一H型E面波导功分网络左右并行间隔排列，且位于左边所述的第一H型E面波导功分网络向右平移1.8λ后会与位于右边所述的第一H型E面波导功分网络重叠，两个所述的第二H型E面波导功分网络也左右间隔排列，且位于左边所述的第二H型E面波导功分网络向右平移1.8λ后会与位于右边所述的第二H型E面波导功分网络重叠，两个所述的第二H型E面波导功分网络位于两个所述的第一H型E面波导功分网络的后侧，位于左侧的第二H型E面波导功分网络与位于左侧的第一H型E面波导功分网络之间的中心间距为1.8λ，且位于左侧的第二H型E面波导功分网络与位于左侧的第一H型E面波导功分网络之间为前后对称结构，位于右侧的第二H型E面波导功分网络与位于右侧的第一H型E面波导功分网络之间的中心间距为1.8λ，且位于右侧的第二H型E面波导功分网络与位于右侧的第一H型E面波导功分网络之间为前后对称结构，所述的第一H型E面波导功分网络包括第1级H型E面波导功分器和四个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器，所述的第1级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第1级H型E面波导功分器将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器分别具有输入端和输出端，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器分别用于将其输入端接入的矩形波导转换为单脊波导在其输出端输出，四个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端与所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端一一对应连接，每个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输出端分别作为所述的第一H型E面波导功分网络的输出端，所述的第一H型E面波导功分网络具有四个输出端，两个第一H型E面波导功分网络的四个输出端和两个第二H型E面波导功分网络的四个输出端分别作为所述的第1级H型E面波导功分网络单元的输出端，每个所述的第1级H型E面波导功分网络单元具有十六个输出端，
Figure FDA0002823247770000051
个第1级H型E面波导功分网络单元具有
Figure FDA0002823247770000052
个输出端，
Figure FDA0002823247770000053
个第1级H型E面波导功分网络单元的
Figure FDA0002823247770000054
个输出端作为所述的馈电层的
Figure FDA0002823247770000055
个输出端与所述的辐射层的4n2个输入端一一对应的连接；
Figure FDA0002823247770000056
个第1级H型E面波导功分网络单元按照
Figure FDA0002823247770000057
均匀间隔分布形成第1级馈电网络阵列，位于同一行的每相邻两个所述的第1级H型E面波导功分网络单元之间的中心间距为3.6λ，位于同一列的每相邻两个所述的第1级H型E面波导功分网络单元之间的中心间距为3.6λ，从所述的第1级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个所述的第1级H型E面波导功分网络单元作为一个第1级网络单元组，所述的第1级馈电网络阵列中共
Figure FDA0002823247770000058
个第1级网络单元组，每个第1级网络单元组中设置有一个第3级H型E面波导功分器，所述的第3级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第3级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第3级H型E面波导功分器的四个输出端与第1级网络单元组中4个第1级H型E面波导功分网络单元的输入端一一对应连接，第1级网络单元组和与其连接的第3级H型E面波导功分器作为第2级H型E面波导功分网络单元，第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure FDA0002823247770000059
分布的
Figure FDA00028232477700000510
个第2级H型E面波导功分网络单元，
Figure FDA00028232477700000511
个第2级H型E面波导功分网络单元形成第2级馈电网络阵列，从所述的第2级馈电网络阵列的第1行第1列开始，每2行×2列共4个所述的第2级H型E面波导功分网络单元作为一个第2级网络单元组，所述的第2级馈电网络阵列中共
Figure FDA0002823247770000061
个第2级网络单元组，第2级网络单元组中每个第2级H型E面波导功分网络单元的第3级H型E面波导功分器的输入端作为第2级网络单元组的一个输入端，第2级网络单元组具有四个输入端，每个第2级网络单元组中设置有一个第4级H型E面波导功分器，所述的第4级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第4级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，所述的第4级H型E面波导功分器的四个输出端与第2级网络单元组的四个输入端一一对应连接，第2级网络单元组和与其连接的4级H型E面波导功分器作为第3级H型E面波导功分网络单元，第4级H型E面波导功分器的输入端作为第3级H型E面波导功分网络单元的输入端，共得到按照
Figure FDA0002823247770000062
分布的
Figure FDA0002823247770000063
个第3级H型E面波导功分网络单元，
Figure FDA0002823247770000064
个第3级H型E面波导功分网络单元形成第3级馈电网络阵列，以此类推，直至
Figure FDA0002823247770000065
个第k-2级H型E面波导功分网络单元形成第k-2级馈电网络阵列，所述的第k-2级馈电网络阵列中的4个第k-2级H型E面波导功分网络单元之间设置有第k-1级H型E面波导功分器，第k-1级H型E面波导功分器具有一个输入端和四个输出端，所述的第k-1级H型E面波导功分器用于将其输入端输入的一路信号分为功率相同且相位相同的四路信号在其四个输出端分别输出，第k-1级H型E面波导功分器的四个输出端与4个第k-2级H型E面波导功分网络单元的输入端一一对应连接，第k-1级H型E面波导功分器的输入端与所述的标准波导输入端口连接，所述的标准波导输入端口为所述的馈电层的输入端，所述的馈电层的输入端与外部信号接头连接。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带平板阵列天线，其特征在于所述的E面矩形波导-单脊波导转换器包括第一矩形金属块，所述的第一矩形金属块上分别设置有矩形口和第五矩形腔，所述的矩形口为所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端，所述的矩形口的上端面到所述的第一矩形金属块的上端面具有一段距离，所述的矩形口的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的上端面与所述的第一矩形金属块的上端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的右端面与所述的矩形口的右端面位于同一平面，所述的第五矩形腔的前端面与所述的矩形口的后端面连接且处于贴合状态，所述的第五矩形腔的下端面与所述的矩形口的下端面位于同一平面，所述的矩形口的左端面所在平面与所述的第五矩形腔的左端面所在平面之间具有一段距离，所述的第五矩形腔的左端面到所述的第一矩形金属块的左端面具有一段距离，且所述的第五矩形腔的左端面到所述的第一矩形金属块的左端面的距离等于所述的第五矩形腔的右端面到所述的第一矩形金属块的右端面的距离，所述的第五矩形腔的下端面到所述的第一矩形金属块的下端面具有一段距离，所述的第五矩形腔内设置有所述的单脊阶梯、所述的H面台阶和所述的E面台阶，所述的单脊阶梯、所述的H面台阶和所述的E面台阶分别为矩形块，所述的H面台阶的右端面与所述的第五矩形腔的右端面连接且两者为贴合状态，所述的H面台阶的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态，所述的H面台阶的左端面与所述的单脊阶梯的右端面连接且处于贴合状态，所述的单脊阶梯的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态，所述的单脊阶梯的上端面与所述的第五矩形腔的上端面位于同一平面，所述的单脊阶梯的左端面与所述的E面台阶的右端面连接且处于贴合状态，所述的E面台阶的左端面与所述的第五矩形腔的左端面连接且两者为贴合状态，所述的E面台阶的下端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且两者为贴合状态；所述的H面台阶沿前后方向的长度为所述的第五矩形腔沿前后方向的长度的0.5倍，所述的H面台阶沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的H面台阶沿上下方向的长度为所述的第五矩形腔沿上下方向的长度的0.4倍，所述的单脊阶梯沿前后方向的长度为所述的第五矩形腔前后方向的长度的0.5倍，所述的单脊阶梯沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的单脊阶梯沿上下方向的长度等于所述的第五矩形腔沿上下方向的长度，所述的E面台阶沿前后方向的长度等于所述的第五矩形腔沿前后方向的长度，所述的E面台阶沿左右方向的长度为所述的第五矩形腔沿左右方向的长度的1/3倍，所述的E面台阶沿上下方向的长度为所述的第五矩形腔沿上下方向的长度的0.25倍，第五矩形腔的上端面为所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输出端；
所述的第1级H型E面波导功分器包括第一矩形块、第二矩形块、第三矩形块、第一匹配块、第二匹配块和第四矩形块，所述的第一矩形块、所述的第二矩形块、所述的第三矩形块、所述的第一匹配块、所述的第二匹配块和所述的第四矩形块的上端面位于同一平面，所述的第一矩形块的左端面平行于所述的第二平板的左端面，所述的第一矩形块沿前后方向的长度为0.8λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的左端面与所述的第一矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第三矩形块沿前后方向的长度为0.125λ，沿左右方向的长度为0.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的前端面所在平面到所述的第一矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第三矩形块的后端面所在平面到所述的第一矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第三矩形块的右端面与所述的第二矩形块的左端面连接且两者为贴合状态，所述的第二矩形块沿前后方向的长度为0.7λ，沿左右方向的长度为0.125λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第三矩形块的前端面所在平面到所述的第二矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第三矩形块的后端面所在平面到所述的第二矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第一匹配块为矩形块，所述的第一匹配块的左端面与所述的第一矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第一匹配块的后端面与所述的第三矩形块的前端面连接且两者为贴合状态，所述的第一匹配块沿前后方向的长度为所述的第一矩形块沿前后方向的长度的0.1倍，所述的第一匹配块沿左右方向的长度为所述的第一矩形块沿左右方向的长度的0.8倍，所述的第一匹配块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第二匹配块与所述的第一匹配块相对于所述的第三矩形块沿前后方向的中线呈左右对称结构，所述的第四矩形块的前端面与所述的第三矩形块的后端面连接且两者为贴合状态，所述的第四矩形块的左端面到所述的第一矩形块的右端面的距离等于所述的第四矩形块的右端面到所述的第二矩形块的左端面的距离，所述的第四矩形块沿左右方向的长度为所述的第一矩形块沿左右方向上的长度的1.25倍，所述的第四矩形块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第一矩形块的前端面、所述的第一矩形块的后端面、所述的第二矩形块的前端面和所述的第二矩形块的后端面分别作为所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端，所述的第四矩形块的后端面为所述的第1级H型E面波导功分器的输入端；
所述的第2级H型E面波导功分器包括第五矩形块、第六矩形块、第七矩形块、第八矩形块、第一转换块、第二转换块、第三转换块和第四转换块，所述的第五矩形块、所述的第六矩形块、所述的第七矩形块、所述的第一转换块、所述的第二转换块、所述的第三转换块、所述的第四转换块和所述的第八矩形块的上端面位于同一平面，所述的第五矩形块沿前后方向的长度为1.2λ，沿左右方向的长度为0.2λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第五矩形块的左端面具有第一矩形凹腔，所述的第一矩形凹腔沿上下方向的长度等于所述的第五矩形块沿上下方向的长度，所述的第一矩形凹腔沿前后方向的长度小于所述的第五矩形块沿前后方向的长度，所述的第一矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第五矩形块沿左右方向的长度，所述的第一矩形凹腔的前端面所在平面到所述的第五矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第一矩形凹腔的后端面所在平面到所述的第五矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第六矩形块与所述的第五矩形块为左右对称结构，所述的第六矩形块与所述的第五矩形块之间的中心间距为1.9λ，所述的第七矩形块的左端面与所述的第五矩形块的右端面连接且两者为贴合状态，所述的第七矩形块的右端面与所述的第六矩形块的左端面连接且两者为贴合状态，所述的第七矩形块沿前后方向的长度为0.2λ，沿左右方向的长度为1.9λ，沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第七矩形块的前端面所在平面到所述的第五矩形块的前端面所在平面的距离等于所述的第七矩形块的后端面所在平面到所述的第五矩形块的后端面所在平面的距离，所述的第七矩形块的前端面设置有阶梯状凹腔，所述的阶梯状凹腔包括连通的第二矩形凹腔和第三矩形凹腔，所述的第二矩形凹腔和所述的第三矩形凹腔沿上下方向的长度都等于所述的第七矩形块沿上下方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第三矩形凹腔沿左右方向的长度，所述的第三矩形凹腔沿左右方向的长度小于所述的第七矩形块沿左右方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿前后方向的长度小于所述的第三矩形凹腔沿前后方向的长度，所述的第二矩形凹腔沿前后方向的长度与所述的第三矩形凹腔沿前后方向的长度之和小于所述的第七矩形块沿前后方向的长度，所述的第三矩形凹腔的前端面与所述的第七矩形块的前端面位于同一平面，所述的第三矩形凹腔的后端面与所述的第二矩形凹腔的前端面连接且处于贴合状态，所述的第三矩形凹腔的左端面到所述的第七矩形块的左端面之间的距离等于所述的第三矩形凹腔的右端面到所述的第七矩形块的右端面之间的距离，所述的第二矩形凹腔的左端面到所述的第七矩形块的左端面之间的距离等于所述的第二矩形凹腔的右端面到所述的第七矩形块的右端面之间的距离；所述的第八矩形块沿左右方向上的长度为所述的第五矩形块沿左右方向的长度的1.1倍，所述的第八矩形块的前端面与所述的第七矩形块的后端面相连接且呈贴合状态，所述的第八矩形块的左端面到所述的第五矩形块的右端面的距离等于所述的第八矩形块的右端面到所述的第六矩形块的左端面的距离，所述的第八矩形块沿上下方向的长度为0.8λ，所述的第八矩形块沿前后方向的长度为0.2λ，所述的第八矩形块沿左右方向的长度为0.2λ，所述的第八矩形块的后端面为所述的第2级H型E面波导功分器的输入端；
所述的第一转换块由第九矩形块、第一直角三角块块、第二直角三角形块和平行四边形块构成，所述的第九矩形块、所述的第一直角三角块块、所述的第二直角三角形块和所述的平行四边形块的上端面位于同一平面，所述的第九矩形块的前端面为所述的第一转换块的前端面，所述的第九矩形块沿左右方向的长度等于0.2λ，所述的第九矩形块沿上下方向的长度等于0.8λ，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第九矩形块的后端面连接且两者为贴合状态，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于所述的第九矩形块沿左右方向的长度，所述的第一直角三角块的第二个直角边所在端面与所述的第九矩形块的左端面位于同一平面，所述的第一直角三角块沿上下方向的长度等于所述的第九矩形块沿上下方向的长度，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第五矩形块的前端面连接且两者为贴合状态，所述的第二直角三角块的第二个直角边所在端面与所述的第五矩形块的右端面位于同一平面，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面的长度等于所述的第五矩形块沿左右方向的长度，所述的第二直角三角块沿上下方向的长度等于所述的第五矩形块沿上下方向的长度，所述的平行四边形块的前端面与所述的第一直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，所述的平行四边形块的后端面与所述的第二直角三角块的斜边所在端面连接且两者完全重合，所述的平行四边形块的前端面和后端面之间的距离为0.2λ，所述的平行四边形块沿上下方向上的长度等于所述的第二直角三角块沿上下方向的长度，所述的第一直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第一直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，所述的第二直角三角块的第一个直角边所在端面与所述的第二直角三角块的斜边所在端面的夹角为22.5°，所述的第二转换块与所述的第一转换块呈左右平移分布，所述的第一转换块向右平移1.9λ后与所述的第二转换块重合，所述的第三转换块与所述的第一转换块呈前后对称分布，所述的第三转换块与所述的第一转换块之间的中心间距为1.2λ，所述的第四转换块与所述的第二转换块呈前后对称分布，所述的第四转换块与所述的第二转换块之间的中心间距为1.2λ，所述的第一转换块的前端面、所述的第二转换块的前端面、所述的第三转换块的前端面和所述的第四转换块的前端面作为所述的第2级H型E面波导功分器的四个输出端；所述的第h级H型E面波导功分器的结构分别与所述的第2级H型E面波导功分器相同，但是尺寸逐级进行放大，h＝3,4，…，k-1；
当每个所述的第1级H型E面波导功分器的四个输出端与四个所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端一一对应连接时，所述的第1级H型E面波导功分器的每个输出端与所述的E面矩形波导-单脊波导转换器的输入端贴合且完全重合，当每个所述的第2级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第1级H型E面波导功分器的输入端一一对应连接时，所述的第2级H型E面波导功分器的每个输出端与第1级H型E面波导功分器的输入端贴合且完全重合，当每个所述的第h级H型E面波导功分器的四个输出端与四个第h-1级H型E面波导功分器的输入端一一对应连接时，所述的第h级H型E面波导功分器的每个输出端与第h-1级H型E面波导功分器的输入端贴合且完全重合。
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