CN111740233B - 双极化开口波导阵列天线及通信装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种双极化开口波导阵列天线及通信装置，适用于天线技术领域。该双极化开口波导阵列天线包括多个在第一平面上呈阵列排布的天线单元，天线单元包括4个波导辐射子单元和2个波导功分子单元；4个波导辐射子单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元由沿第一方向排列的开口波导和波导正交模耦合器组成；波导正交模耦合器在第一平面上的投影位于开口波导在第一平面上的投影的范围内。由于波导正交模耦合器在第一平面上的投影位于开口波导在第一平面上的投影的范围内，该双极化开口波导阵列天线整体结构变得紧凑，从而可以抑制栅瓣的产生。

Description

双极化开口波导阵列天线及通信装置

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种双极化开口波导阵列天线及通信装置。

背景技术

在卫星通信系统中，一条卫星通信链路通常包括发端地球站、上行链路、卫星、下行链路、收端地球站，卫星作为中继器将发端地球站发送的信号，转发给收端地球站，从而实现发端地球站与收端地球站之间的通信。

当卫星通信系统中的两颗卫星相隔较近，且工作频率及覆盖区域相互重叠时，发端地球站天线上行发射的主瓣或旁瓣波束将对邻星所属的卫星通信链路产生干扰，造成卫星通信链路整体性能恶化，其中，在旁瓣波束中，影响最为严重的是一种与主瓣增益相差不大的波束，这种波束称为栅瓣。

现有用于卫星通信的阵列天线包括开口波导和正交模耦合器，其天线之间的间距一般为1.7倍波长左右，设置成此间距的阵列天线栅瓣会非常高，由此，通常会在开口波导上加金属十字框，通过将一个开口波导分成四个小开口波导来解决栅瓣问题，虽然该方法使得开口波导口面能量更均匀，对栅瓣进行了一定程度抑制，但是这种结构还是非常容易产生栅瓣的，且栅瓣波束增益依然较高，相对于主瓣波束增益仅有-20dB左右。

因此，需要设计一种阵列天线，能有效地解决栅瓣增益过高的问题，从而可以解决栅瓣对邻星的干扰问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种双极化开口波导阵列天线及通信装置，可以抑制栅瓣的产生，从而减少栅瓣对邻星的干扰。

第一方面，本申请实施例提供了一种双极化开口波导阵列天线，多个在第一平面上呈阵列排布的天线单元，天线单元包括4个波导辐射子单元和2个波导功分子单元；4个波导辐射子单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元由沿第一方向排列的开口波导和波导正交模耦合器组成；波导正交模耦合器在第一平面上的投影位于开口波导在第一平面上的投影的范围内；第一方向垂直于第一平面；2个波导功分子单元沿第一方向排列，且每个波导功分子单元与4个波导辐射子单元中的波导正交模耦合器均相连。

本申请的实施例提供了一种双极化开口波导阵列天线，包括多个在第一平面上呈阵列排布的天线单元，天线单元包括4个波导辐射子单元和2个波导功分子单元；4个波导辐射子单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元由沿第一方向排列的开口波导和波导正交模耦合器组成，由于波导正交模耦合器在第一平面上的投影位于开口波导在第一平面上的投影的范围内，使得波导辐射子单元之间的间距可以尽可能的缩小，阵列天线单元的结构就可以变得紧凑，从而可以减少栅瓣的产生，进而可以减少栅瓣对邻星的干扰。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，开口波导包括均与第一方向垂直且相对的上开口面和下开口面，以及设置于上开口面和下开口面之间的谐振腔；下开口面的开口呈十字形。在此实现方式中，每个开口波导可以从下开口面的十字形开口处接收信号，然后从上开口面辐射出去；或者，每个开口波导可以从上开口面接收信号，从下开口面的十字形开口处传输给波导正交模耦合器。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，波导正交模耦合器为2个耦合腔交叉组成的一体结构，且2个耦合腔在第一平面上的投影呈十字形；波导正交模耦合器中的2个耦合腔在靠近开口波导一侧设置有公共端口，公共端口与开口波导下开口面的开口相连。在此实现方式中，设置有公共端口的波导正交模耦合器可以与开口波导直接组合相接，不需要再添加过渡段，从而使得天线单元结构更紧凑。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，波导正交模耦合器中的所述2个耦合腔分别为第一耦合腔和第二耦合腔；第一耦合腔的第一侧壁在远离开口波导的一侧设置有切角，第一耦合腔的第二侧壁上设置有馈电传输端口；其中，第一侧壁、第二侧壁、第一平面中的任意两者均相互垂直，第一耦合腔的第一侧壁与第二侧壁分别分布于第二耦合腔的两侧。在此实现方式中，通过设置切角使得耦合腔形成H面弯波导，实现信号的传播方向的调整，通过设置馈电传输端口与波导功分子单元直接组合相接，不需要再添加过渡段，从而使得天线单元结构更紧凑。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，每个波导功分子单元包括1个一级功分器和2个二级功分器；其中，2个二级功分器相对设置，且通过一级功分器相连。在此实现方式中，该3个功分器形成一个整体的功分网络，从而可以对信号进行分配或者合成。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，一级功分器和二级功分器均为ET功分器，ET功分器包括1个输入端口和2个输出端口；2个二级功分器的2个输入端口分别与一级功分器的2个输出端口相连。在此实现方式中，该3个功分器组成的波导功分子单元相当于实现了一分四功分器的作用，可以将一路信号分成四路信号，或者，可以将四路信号合成一路。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，一个波导功分子单元中的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元中的第一耦合腔上的馈电传输端口相连；另一个波导功分子单元中的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元中的第二耦合腔上的馈电传输端口相连；在此实现方式中，二级功分器的输出端口与第一耦合腔或第二耦合腔上的馈电传输端口形成E弯波导，可以改变信号的传输方向，从而可以使得四个波导辐射子单元形成相同方向的信号。

结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，相邻两个波导辐射子单元之间的间距为0.7~0.9倍波长。

第二方面，本申请实施例提供了一种通信装置，包括上述第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中所述的双极化开口波导阵列天线。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的卫星通信链路的通信示意图；

图2是本申请实施例提供的现有正交模耦合器的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种双极化开口波导阵列天线中天线单元的三维结构示意图；

图4是图3所示的双极化开口波导阵列天线中天线单元的的俯视图；

图5是本申请实施例提供的一种波导辐射单元的三维结构示意图；

图6是图5所示的波导辐射单元的俯视图；

图7是本申请实施例提供的一种波导功分子单元的三维结构示意图；

图8是图7所示的波导功分子单元的俯视图；

图9是本申请实施例提供的一种波导功分子单元与波导正交模耦合器相连接的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在卫星通信系统中，一条卫星通信链路通常包括发端地球站、上行链路、卫星、下行链路、收端地球站，图1示出了一条卫星通信链路的示意图。如图1所示，在该卫星通信链路中，卫星作为中继器将发端地球站发送的信号，转发给收端地球站，从而实现发端地球站与收端地球站之间的通信。

然而，示例性的，当卫星通信系统中的A和B两颗卫星相隔较近，且工作频率及覆盖区域相互重叠时，A所属的卫星通信链路中的发端地球站天线上行发射的主瓣或旁瓣波束将对B所属的卫星通信链路产生干扰，导致B所属的卫星通信链路整体性能恶化；同样，B所属的卫星通信链路中的发端地球站天线上行发射的主瓣或旁瓣波束也会对A所属的卫星通信链路产生干扰，导致A所属的卫星通信链路整体性能恶化。

此外，A所属的卫星通信链路中，收端地球站天线波束较宽时，会收到B卫星发射的同频下行信号，导致A所属的卫星通信链路中的收端地球站接收性能恶化；同样，B所属的卫星通信链路中，收端地球站天线波束较宽时也会收到A卫星发射的同频下行信号，导致B所属的卫星通信链路中的收端地球站接收性能恶化。上述两种相邻卫星系统之间的干扰情况，都属于邻星干扰问题。

在上述邻星干扰问题中，干扰的影响程度主要与地球站天线方向图有关。理想情况下，天线方向图只有一个主瓣波束而不要其他旁瓣波束，因为旁瓣波束会使能量扩散，衰减增多，但实际上只有一个主瓣波束的情况是不可能做到的。天线在向外发射信号时，除主瓣波束外，不光会产生多个旁瓣波束，对于阵列天线而言，天线的旁瓣波束中，还会有一个或多个旁瓣波束增益与主瓣波束增益相差不大，或者说是增益较高的波束，这些波束称为栅瓣。由于栅瓣增益与主瓣增益相差不大，因此该栅瓣不光会使能量扩散，更会产生严重的邻星干扰问题。

需要说明的是，所谓的阵列天线指的是由两个或两个以上的单个天线按照一定的空间排列组成的天线，主瓣波束指的是天线方向图上最大辐射波束，主瓣旁边的小波束就叫做旁瓣。所谓的栅瓣是由于阵列天线中天线之间的间距设置的不合适引起的，导致在主瓣以外的其他方向上因场强同相而叠加，从而形成了与主瓣幅值相等的波束。

现有用于卫星通信的阵列天线包括开口波导和正交模耦合器，其天线之间的间距一般为1.7倍波长左右，设置成此间距的阵列天线栅瓣会非常高，由此，通常会在开口波导上加金属十字框，通过将一个开口波导分成四个小开口波导来解决栅瓣问题，虽然该方法使得开口波导口面能量更均匀，对栅瓣进行了一定程度抑制，但是这种结构还是非常容易产生栅瓣的，且栅瓣波束增益依然较高，相对于主瓣波束增益仅有-20dB左右。

示例性的，如图2所示，阵列天线包括有开口波导和正交模耦合器，开口波导上加有金属十字框，该正交模耦合器包括有两个独立的耦合腔，且分别设置于开口波导的两个侧壁上，基于该两个耦合腔均与开口波导相连，正交模耦合器将两路信号传输给开口波导，从而可以合成同轴的线极化或圆极化信号再辐射出去，但是，基于此结构，多个天线阵列排布时，开口波导之间的间距缩小到一定值后无法再缩小，还是非常容易产生栅瓣，造成邻星干扰问题。

因此，需要设计一种阵列天线，能有效地解决栅瓣增益过高的问题，从而可以解决栅瓣对邻星的干扰问题。

为了解决上述栅瓣增益过高干扰邻星的问题，本申请的实施例提供了一种双极化开口波导阵列天线，由于每个波导正交模耦合器在第一平面上的投影位于开口波导在第一平面上的投影的范围内，使得开口波导之间的间距可以尽可能的缩小，也就是说，阵列天线单元的结构可以变得紧凑，从而可以减少栅瓣的产生，进而可以减少栅瓣对邻星的干扰。

下面结合具体的例子说明本申请提供的双极化开口波导阵列天线。

图3示出了本申请实施例提供的一种双极化开口波导阵列天线中天线单元的三维结构示意图，图4为图3所示的双极化开口波导阵列天线中天线单元的俯视图，下面将具体进行说明。

本申请提供了一种双极化开口波导阵列天线，可以应用于图2所示的卫星通信链路的地球站中。该双极化开口波导阵列天线包括多个在第一平面上呈阵列排布的天线单元1，如图3和图4所示，该天线单元1包括：4个波导辐射子单元10和2个波导功分子单元20。

4个波导辐射子单元10在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元10由沿第一方向排列的开口波导11和波导正交模耦合器12组成，波导正交模耦合器12在第一平面上的投影位于开口波导11在第一平面上的投影的范围内；第一方向垂直于第一平面。

2个波导功分子单元20沿第一方向排列，且每个波导功分子单元20与4个波导辐射子单元10中的波导正交模耦合器12均相连。

示例性的，如图3所示，若第一平面为水平面XOY时，垂直于第一平面的第一方向指的是Z轴方向。针对每个天线单元，4个波导辐射子单元10在水平面上呈2×2阵列排布时，由此，组成每个波导辐射子单元10的开口波导11也是在水平面上呈2×2阵列排布的，波导正交模耦合器12也是在水平面上呈2×2阵列排布的。

针对每个波导辐射单元，所谓的波导正交模耦合器12在第一平面上的投影位于开口波导11在第一平面上的投影的范围内，指的是波导正交模耦合器12平行于第一平面的尺寸小于开口波导11平行于第一平面的尺寸，而开口波导11与波导正交模耦合器12在Z轴方向上若具有相同中心轴，此时，波导正交模耦合器12将位于开口波导11的正下方。

正是由于波导正交模耦合器12位于开口波导11的正下方，而且波导正交模耦合器12在第一平面上的投影范围较小，由此，使得波导辐射子单元10之间的间距将不再受波导正交模耦合器12的尺寸的限制。此时，4个波导辐射子单元10两两之间的间距主要影响因素即为开口波导11之间的间距，而开口波导11之间的间距可以根据需要尽可能的缩小，从而可以减少栅瓣的产生，进而降低栅瓣对邻星的干扰。除此之外，由于天线单元1的结构变得紧凑，还可以降低天线单元1的材料成本。

在上述基础上，若第一方向为Z轴方向，则2个波导功分子单元20沿Z轴方向排列，其中，2个波导功分子单元20的位置可以互换。

需要说明的是，一个波导功分子单元20与4个波导辐射子单元10中的波导正交模耦合器12相连，从而一个波导功分子单元20可以将一路极化信号传输给4个波导正交模耦合器12，2个波导功分子单元20可以分别将两路极化信号传输给4个波导正交模耦合器12。然后，针对每个波导正交模耦合器12来说，可以将2个波导功分子单元20传输的两路信号，例如，水平极化信号和垂直极化信号合成同轴的线极化或圆极化信号，再通过开口波导11辐射出去。

与之相反的，开口波导11也可以接收线极化或圆极化信号，从而波导正交模耦合器12可以分离出水平极化信号和垂直极化信号，并将该两路极化信号分别传输给不同的波导功分子单元20。

本申请的实施例提供了一种双极化开口波导阵列天线，包括4个波导辐射子单元10和2个波导功分子单元20；4个波导辐射子单元10在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元10由沿第一方向排列的开口波导11和波导正交模耦合器12组成，由于波导正交模耦合器12在第一平面上的投影位于开口波导11在第一平面上的投影的范围内，使得波导辐射子单元10之间的间距可以尽可能的缩小，天线单元1的结构就可以变得紧凑，从而可以减少栅瓣的产生，进而可以减少栅瓣对邻星的干扰。

可选地，作为一种可能的实现方式，图5示出了一种波导辐射单元的三维结构示意图，图6是图5所示的波导辐射单元的俯视图。如图5和图6所示，开口波导11包括均与第一方向垂直且相对的上开口面和下开口面，以及设置于上开口面与下开口面之间的谐振腔。下开口面的开口呈十字形。

需要说明的是，所谓的上开口面、下开口面均指的是具有开口的平面。若第一平面是水平面XOY，则开口波导11的上开口面、下开口面均与水平面XOY平行，而且上开口面、下开口面是相对设置的。

此外，上开口面、下开口面的形状可以为正方形、六边形、八边形或者是四个角均为圆角的方形等，本申请对此不进行特殊限制。在此基础上，上开口面上的开口可以呈方形、圆形等其中的一种，本申请对此不进行特殊限定。下开口面的开口呈十字形指的是下开口面有两个矩形开口，且该两个矩形开口垂直交叉呈十字形。

若上开口面、下开口面的形状为正方形且尺寸相同，谐振腔的形状即为长方体或者正方体，该谐振腔的高度，即沿第一方向的垂直距离为0.15~0.3倍波长。当上开口面上的开口为方形时，该方形的边长可以为0.7~0.9倍波长，此外，需要说明的是，上开口面上的开口的尺寸可以与上开口面的尺寸相同，此时，上开口面完全敞开。而当上开口面的开口为圆形时，该圆形的直径可以设置为0.6~0.8倍波长。

基于此，每个开口波导11可以从下开口面的十字形开口处接收信号，然后从上开口面辐射出去；或者，每个开口波导11可以从上开口面接收信号，从下开口面的十字形开口处传输给波导正交模耦合器12。

可选地，作为一种可能的实现方式，如图3、图5和图6所示，波导正交模耦合器12为2个耦合腔交叉组成的一体结构，且2个耦合腔在第一平面上的投影呈十字形。波导正交模耦合器12中的2个耦合腔在靠近开口波导11一侧设置有公共端口，公共端口与开口波导11下开口面的开口相连。

需要说明的是，波导正交模耦合器12由2个耦合腔交叉组成，且该2个耦合腔在第一平面上的投影呈十字形，由此，说明该2个耦合腔是垂直交叉的，交叉部分即为相连通的公共部分，还说明该2个耦合腔在第一平面上的投影交叉于中心位置并且2个耦合腔投影的尺寸是相同的。

基于此，波导正交模耦合器12在靠近开口波导11一侧设置有公共端口，说明2个耦合腔靠近开口波导11一侧的高度是处于同一平面的，是齐平的。由2个耦合腔形成的公共端口是呈十字形的而且与开口波导11下开口面的开口相连，说明公共端口的尺寸与下开口面的开口尺寸位置都相同，这样，设置有十字形公共端口的波导正交模耦合器12可以与开口波导11直接组合相接，不需要再添加过渡段，从而使得天线单元1结构紧凑。

其中，可以理解的是，形成该十字形公共端口的两个互相垂直的矩形端口分别属于2个不同的耦合腔。当每个耦合腔中的矩形端口的尺寸与耦合腔在第一平面上的投影尺寸相同时，说明耦合腔靠近开口波导11的一侧是完全敞开的。

可选地，作为一种可能的实现方式，结合图5所示，波导正交模耦合器12中的2个耦合腔分别为第一耦合腔121和第二耦合腔122；第一耦合腔的第一侧壁在远离开口波导11的一侧设置有切角，第一耦合腔121的第二侧壁上设置有馈电传输端口。

其中，第一侧壁、第二侧壁、第一平面中的任意两者均相互垂直，第一耦合腔121的第一侧壁与第二侧壁分别分布于第二耦合腔122的两侧。

需要说明的是，第一耦合腔为波导正交模耦合器12中的2个耦合腔中的任意一个，第一耦合腔121和第二耦合腔122可以互换。而第一侧壁、第二侧壁基于耦合腔来说具有一定的相对位置关系，当第一耦合腔121所指示的耦合腔变更之后，第一侧壁、第二侧壁的位置也随之变更。

示例性的，若第一平面为水平面XOY，由于第一平面、第一侧壁、第二侧壁均相互垂直，则第一侧壁平行于平面XOZ，第二侧壁平行于平面YOZ，或者，第一侧壁平行于平面YOZ，第二侧壁平行于平面XOZ。基于此，又因为耦合腔上有多个平行于平面XOZ、平行于平面YOZ的腔壁，具体第一侧壁、第二侧壁的位置可以根据需要进行设置，只要第一侧壁和第二侧壁分别位于另一耦合腔的两侧即可。

还需要说明的是，切角的形状、切角的尺寸都可以根据需要进行设置，本申请对此不进行特殊限制。示例性的，如图3和图5所示，本申请实施例提供的波导正交模耦合腔的两个耦合腔，每个耦合腔的第一侧壁在远离开口波导11的一侧设置有一个直角切角，但是两个直角的尺寸不同。

第一侧壁上远离开口波导11的一侧设置切角，指的是沿第一方向，开口波导11在上，波导正交模耦合器12在下时，在耦合腔的第一侧壁靠近底部的一侧设置有切角，该切角使得耦合腔形成H面弯波导，实现信号的传播方向的调整，从而使得信号可以沿着第一方向的负方向进行传播。

此外，设置有馈电传输端口的波导正交模耦合器12可以与波导功分子单元20直接组合相接，不需要再添加过渡段。而且，由于传输的是TE10模式的电磁波信号，这种信号只能在矩形波导里面传输，因此，馈电传输端口均设置为矩形。

示例性的，第一平面为水平面XOY，结合图6中的(a)，若在第一平面上的投影平行于X方向的耦合腔为第一耦合腔121，则在第一平面上的投影平行于Y方向的耦合腔为第二耦合腔122。

针对该第一耦合腔121，由于第一侧壁、第二侧壁、第一平面中的任意两者均相互垂直，则第一侧壁平行于YOZ平面、第二侧壁平行于XOZ平面，并且，第一侧壁与第二侧壁分别分布于第二耦合腔122的两侧，基于此，若第一侧壁为平行于YOZ的平面(如图6中的(a)中a1所指示的区域)时，则第二侧壁为平行于XOZ的平面(如图6中的(a)中a2或者a3)所指示的区域，此时，在第二侧壁上设置有矩形的馈电传输端口。

结合图6中的(b)，若在第一平面上的投影平行于Y方向的耦合腔为第一耦合腔121，则在第一平面上的投影平行于X方向的耦合腔为第二耦合腔122。

针对该第一耦合腔121，由于第一侧壁、第二侧壁、第一平面中的任意两者均相互垂直，则第一侧壁平行于XOZ平面、第二侧壁平行于YOZ平面，并且，第一侧壁与第二侧壁分别分布于第二耦合腔122的两侧，基于此，若第一侧壁为平行于XOZ的平面(如图6中的(b)中b1所指示的区域)时，则第二侧壁为平行于YOZ的平面(如图6中的(b)中b2或者b3所指示的区域)，此时，第二侧壁上设置有矩形的馈电传输端口。

可选地，作为一种可能的实现方式，图7示意出了一种波导功分子单元的三维结构示意图,图8为图7所示的波导功分子单元的俯视图。如图7和图8所示，每个波导功分子单元20包括1个一级功分器21和2个二级功分器22。其中，2个二级功分器22相对设置，且通过一级功分器21相连。

可以理解的是，双极化开口波导阵列天线中的两个波导功分子单元20结构相同，均由3个功分器组成，该3个功分器中每个功分器的结构可以根据需要进行设置，从而形成一个整体的功分网络，在波导功分子单元20与波导辐射子单元10相连时，可以将信号分配给每个波导辐射子单元10进行辐射，或者，接收每个波导辐射子单元10传输的信号然后合成一路信号。

可选地，结合图7中的(a)、图7中的(b)和图8所示，一级功分器21和二级功分器22均为ET功分器。ET功分器包括1个输入端口和2个输出端口；2个二级功分器22的2个输入端口分别与一级功分器21的2个输出端口相连。

需要说明的是，ET功分器为E面波导T型功率分配器，所谓的E面指的是与电场方向平行的方向图切面。所谓的T型指的是功分器所包括三个端口在同一平面形成T型结构。所谓的功率分配器(Power divider)是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。此处，ET功分器为将一路输入信号分成两路输出的一分二功分器。

结合图7和图8，由于3个功分器均为ET功分器，因此同在一个平面上分布设置。基于此，当2个二级功分器22的2个输入端口分别与一级功分器的2个输出端口相连时，一级功分器21将从输入端口输入的信号分成两路信号，再分别输出给2个二级功分器22，然后，每个二级功分器22再将接收到的信号分成两路信号，由此，该3个功分器组成的波导功分子单元20相当于实现了一分四功分器的作用，可以将一路信号分成四路信号，或者，可以将四路信号合成一路信号。

可选地，图9示出了一种波导功分子单元与波导正交模耦合器相连接的结构示意图。一个波导功分子单元20中的2个二级功分器22的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元10中的第一耦合腔121上的馈电传输端口相连，另一个波导功分子单元20中的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元10中的第二耦合腔122上的馈电传输端口相连。

需要说明的是，一个波导功分子单元20指的是两个波导功分子单元20中的任意一个。若2个波导功分子单元20分别为第一波导功分子单元和第二波导功分子单元，则第一波导功分子单元和第二波导功分子单元可以互换。基于此，2个波导功分子单元所连接的波导辐射子单元10的耦合腔不同，由于2个耦合腔在第一平面上的投影是相互垂直的，从而与其相连的2个波导功分子单元在第一平面上的投影也是相互垂直的。

示例性，若第一方向为Z轴方向，则沿Z轴方向，假设在上的波导功分子单元为第一波导功分子单元，在下的波导功分子单元为第二波导功分子单元。

如图9中的(a)所示，若第一平面为水平面XOY，在第一平面上的投影平行于X方向的耦合腔为第一耦合腔121，平行于Y方向的耦合腔为第二耦合腔122。第一波导功分子单元中的2个二级功分器22的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元10中的第一耦合腔121上的馈电传输端口相连。如图9中的(b)所示，第二波导功分子单元中的2个二级功分器22的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元10中的第二耦合腔122上的馈电传输端口相连。

在此基础上，以箭头方向表示电场的矢量方向，如图9中的(a)所示，以一级功分器21的输入端口处电场方向朝向X轴负方向进行举例，经一级功分器21分成两路信号后，输出端口P1处电场朝Y轴正方向，输出端口P2处电场朝Y轴负方向；然后，上边的二级功分器22将接收到的信号再分成两路，此时，在输出端口P11处电场朝X轴负方向，经左上角的波导辐射子单元10的第一耦合腔121的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为Y轴负方向；同时，在输出端口P12处电场朝X轴正方向，经右上角的波导辐射子单元10的第一耦合腔121的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为Y轴负方向。

同理，下边的二级功分器22将接收到信号再分成两路，此时，在输出端口P21处电场朝向X轴负方向，经左下角的波导辐射子单元10的第一耦合腔121的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为Y轴负方向；同时，在输出端口P22处电场朝X轴正方向，经右下角的波导辐射子单元10的第一耦合腔121的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为Y轴负方向。

以箭头方向表示电场的矢量方向，如图9中的(b)所示，以一级功分器21的输入端口处电场方向朝向Y轴负方向进行举例，经一级功分器21分成两路信号后，输出端口P3处电场朝X轴正方向，输出端口P4处电场朝X轴负方向；然后，左边的二级功分器22将接收到的信号再分成两路，此时，在输出端口P31处电场朝Y轴负方向，经左上角的波导辐射子单元10的第二耦合腔122的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为X轴负方向；同时，在输出端口P32处电场朝Y轴正方向，经左下角的波导辐射子单元10的第二耦合腔122的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为X轴负方向。

同理，右边的二级功分器22将接收到信号再分成两路，此时，在输出端口P41处电场朝向Y轴负方向，经右上角的波导辐射子单元10的第二耦合腔122的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为X轴负方向；同时，在输出端口P42处电场朝Y轴正方向，经右下角的波导辐射子单元10的第二耦合腔的馈电传输端口形成的E弯波导耦合后，电场朝向变为X轴负方向。

由此，针对每个波导辐射子单元10上的2个馈电传输端口，形成了电场方向分别为朝向X轴负方向、Y轴负方向的两个信号，在此基础上，经每个波导辐射子单元10中的第一耦合腔121和第二耦合腔122耦合后，将形成电场方向为Z轴负方向且同轴的线极化或者圆极化信号。

可选地，作为一种可能的实现方式，相邻两个波导辐射子单元10之间的间距为0.7~0.9倍波长。

基于本申请实施例所提供的波导正交模耦合器12的结构，波导辐射子单元10之间的间距可以尽可能缩小，由此，当相邻两个波导辐射子单元10之间的间距为0.7~0.9倍波长时，即相邻两个开口波导11之间的间距为0.7~0.9倍波长时，可以有效的抑制栅瓣的产生。

可选地，作为一种可能的实现方式，开口波导、波导正交模耦合器、波导功分子单元均采用了薄壁结构。并且，开口波导、波导正交模耦合器、波导功分子单元均由金属材料制成。

开口波导和波导正交模耦合器均采用了薄壁结构，由此，可以最大限度的减少开口波导之间的中心间距，同时也减轻了天线单元的重量。

本申请实施例提供了一种通信装置，包括上述所述的双极化开口波导阵列天线。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双极化开口波导阵列天线，其特征在于，包括多个在第一平面上呈阵列排布的天线单元，所述天线单元包括4个波导辐射子单元和2个波导功分子单元；

所述4个波导辐射子单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射子单元由沿第一方向排列的开口波导和波导正交模耦合器组成；所述波导正交模耦合器在所述第一平面上的投影位于所述开口波导在所述第一平面上的投影的范围内；所述第一方向垂直于所述第一平面；

所述波导正交模耦合器为2个耦合腔交叉组成的一体结构，且所述2个耦合腔在所述第一平面上的投影呈十字形；

所述2个耦合腔分别为第一耦合腔和第二耦合腔；所述第一耦合腔的第一侧壁在远离所述开口波导的一侧设置有切角，所述第一耦合腔的第二侧壁上设置有馈电传输端口；

其中，所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第一平面中的任意两者均相互垂直，所述第一耦合腔的所述第一侧壁、所述第二侧壁分别分布于所述第二耦合腔的两侧；

所述2个波导功分子单元沿所述第一方向排列，且每个波导功分子单元与4个所述波导正交模耦合器均相连。

2.根据权利要求1所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，所述开口波导包括均与所述第一方向垂直且相对的上开口面和下开口面，以及设置于所述上开口面和所述下开口面之间的谐振腔；

所述下开口面的开口呈十字形。

3.根据权利要求1所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，

所述波导正交模耦合器中的所述2个耦合腔在靠近所述开口波导一侧设置有公共端口，所述公共端口与所述开口波导下开口面的开口相连。

4.根据权利要求1所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，每个波导功分子单元包括1个一级功分器和2个二级功分器；

其中，2个二级功分器相对设置，且通过一级功分器相连。

5.根据权利要求4所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，所述一级功分器和所述二级功分器均为ET功分器，所述ET功分器包括1个输入端口和2个输出端口；

所述2个二级功分器的2个输入端口分别与所述一级功分器的2个输出端口相连。

6.根据权利要求1所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，

一个波导功分子单元中的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元中的所述第一耦合腔上的馈电传输端口相连；

另一个波导功分子单元中的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个波导辐射子单元中的所述第二耦合腔上的馈电传输端口相连。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的双极化开口波导阵列天线，其特征在于，相邻两个所述波导辐射子单元之间的间距为0.7~0.9倍波长。

8.一种通信装置，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的双极化开口波导阵列天线。

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