CN111799572B - 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阵，每个天线阵包括4个在第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元；每个天线单元包括4个波导辐射单元和2个第一波导功分网络，4个波导辐射单元在第一平面上呈2×2阵列排布；每个波导辐射单元包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导和波导正交模耦合器；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，包括多个在第一平面上呈阵列排布的天线阵，每个天线阵包括4个在第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元；每个天线单元包括4个波导辐射单元和2个第一波导功分网络，4个波导辐射单元在第一平面上呈2×2阵列排布；每个波导辐射单元包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导和波导正交模耦合器；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；在每个天线单元中，2个第一波导功分网络沿第一方向排列，每个第一波导功分网络与4个波导辐射单元中的波导正交模耦合器均相连；每个天线阵还包括：沿第一方向排列的第二波导功分网络和第三波导功分网络；第二波导功分网络、第三波导功分网络均与4个天线单元相连。

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阵，每个天线阵包括4个在第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元，每个天线单元包括4个波导辐射单元和2个第一波导功分网络；4个波导辐射单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射单元包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导和波导正交模耦合器，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，在每个天线单元中，每个第一波导功分网络与4个波导辐射单元中的波导正交模耦合器均相连。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，使得波导辐射单元之间的间距可以尽可能的缩小，使得天线单元以及整个天线阵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平面平行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，公共端口呈十字形并与开口波导下开口面的开口相连。在此实现方式中，设置有十字形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，每个耦合腔的第一侧壁上设置有馈电传输端口，在每个天线单元中，在第一平面上的投影在同一直线上的两个耦合腔的2个馈电传输端口相对；每个第一波导功分网络包括2个第一功分器和1个第二功分器；第一功分器、第二功分器均包括1个输入端口和2个输出端口；其中，第一功分器为HT功分器，第二功分器为ET功分器；相对的2个馈电传输端口分别与1个第一功分器的2个输出端口相连；相对的2个第一功分器的2个输入端口分别与1个第二功分器的2个输出端口相连。在此实现方式中，通过设置第一波导功分网络，实现信号的传播方向的调整，通过设置馈电传输端口与第一波导功分网络中的第一功分器的输出端口直接组合相接，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，第二波导功分网络、第三波导功分网络均包括2个二级功分器和1个一级功分器；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、所述二级功分器均包括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；第二波导功分网络中的一级功分器为HT功分器，二级功分器为ET功分器；第三波导功分网络中一级功分器、二级功分器均为HT功分器。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，天线单元中的2个第一波导功分网络分别为第一波导功分子单元和第二波导功分子单元；第二波导功分网络的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元中第一波导功分子单元中的第二功分器的输入端口相连；第三波导功分网络的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元中的第二波导功分子单元中的第二功分器的输入端口相连。

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阵的三维结构示意图；

图4是图3所示的双极化开口波导阵列天线中天线阵的俯视图；

图5是本申请实施例提供的一种天线单元的三维结构示意图；

图6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7是本申请实施例提供的一种波导正交模耦合器的三维结构示意图；

图8是图7所示的波导正交模耦合器的俯视图；

图9是本申请实施例提供的一个天线单元中的4个波导正交模耦合器的俯视图；

图10是本申请实施例提供的一种第一功分器的三维结构示意图；

图11是本申请实施例提供的一种第二功分器的三维结构示意图；

图12是本申请实施例提供的另一种第二功分器的三维结构示意图；

图13是本申请实施例提供的一个天线单元中的波导正交模耦合器与第一波导功分网络相连的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的一种第二波导功分网络的三维结构示意图；

图15是本申请实施例提供的一种第三波导功分网络的三维结构示意图。

附图标记：

1-天线阵；2-天线单元；3-波导辐射单元；31-开口波导；32-正交模耦合器；320-耦合腔；321-第一侧壁；322-馈电传输端口；10-第一波导功分网络；20-第二波导功分网络；30-第三波导功分网络；101-第一功分器；102-第二功分器。

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阵的三维结构示意图，图4为图3所示的双极化开口波导阵列天线中天线阵的俯视图，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阵1；每个天线阵1包括4个在第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元2。

如图3和图4所示，若第一平面为水平面XOY，则双极化开口波导阵列天线包括的多个天线阵1是在水平面XOY上呈阵列排布的，该天线阵可以用于发射信号或接收信号。其中，天线阵的个数可以根据需要进行设置，本申请对此没有特殊要求。

图5示出了本申请实施例提供的一个天线单元的三维结构示意图。如图5所示，每个天线单元2包括：4个波导辐射单元3和2个第一波导功分网络10。结合图4，在每个天线单元2中，4个波导辐射单元3在第一平面上呈2×2阵列排布。

可以理解的是，结合图3和图4，一个天线单元2中的4个波导辐射单元3在第一平面上呈2×2阵列排布，则4个呈2×2阵列排布的天线单元2所包括的16个波导辐射单元3将在第一平面上呈4×4阵列排布。

图6示出了本申请实施例提供的一个波导辐射单元的三维结构示意图。如图6所示，每个波导辐射单元3包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导31和波导正交模耦合器32，波导正交模耦合器32在第一平面上的投影位于开口波导31在第一平面上的投影的范围内，第一方向垂直于第一平面。

结合图5，在每个天线单元2中，2个第一波导功分网络10沿第一方向排列，每个第一波导功分网络10与4个波导辐射单元3中的波导正交模耦合器32均相连。

结合图3，每个天线阵1还包括：沿第一方向排列的第二波导功分网络20和第三波导功分网络30。第二波导功分网络20、第三波导功分网络30均与4个天线单元2相连。

示例性的，如图5和图6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。由此，4个波导辐射单元3在水平面XOY上呈2×2阵列排布时，组成每个波导辐射单元3的开口波导31也是在水平面上呈2×2阵列排布的，那么，波导正交模耦合器32也是在水平面上呈2×2阵列排布的。

所谓的波导正交模耦合器32在第一平面上的投影位于开口波导31在第一平面上的投影的范围内，指的是波导正交模耦合器32在开口波导31的下方，也就是说，沿Z轴的延伸方向，开口波导31在上，波导正交模耦合器32在下，而开口波导31与波导正交模耦合器32在Z轴方向上具有相同中心轴，也就是说，波导正交模耦合器32位于开口波导31的正下方。

正是由于波导正交模耦合器32位于开口波导31的正下方，而且波导正交模耦合器32在第一平面上的投影范围较小，因此，波导辐射单元3之间的间距将不再受波导正交模耦合器32的影响和限制。

此时，4个波导辐射单元3两两之间的间距主要影响因素即为开口波导31之间的间距，而开口波导31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2的结构变得紧凑，还可以降低天线单元2的材料成本。

在此基础上，第一方向为Z轴方向时，2个第一波导功分网络10就是沿Z轴方向排列的，其中，2个第一波导功分网络10的位置还可以互换。

需要说明的是，在每个天线单元2中，每个第一波导功分网络10与4个波导辐射单元3中的波导正交模耦合器32均相连，从而第一波导功分网络10可以将极化信号均传输给4个波导正交模耦合器32。然后，针对每个波导正交模耦合器32来说，可以将第一波导功分网络10传输的极化信号(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31辐射出去。与之相反的，开口波导31也可以接收线极化或圆极化信号，从而波导正交模耦合器32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传输给第一波导功分网络10。

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阵，每个天线阵包括4个在第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元，每个天线单元包括4个波导辐射单元和2个第一波导功分网络；4个波导辐射单元在第一平面上呈2×2阵列排布，每个波导辐射单元包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导和波导正交模耦合器，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；在每个天线单元中，每个第一波导功分网络与4个波导辐射单元中的波导正交模耦合器均相连。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，使得波导辐射单元之间的间距可以尽可能的缩小，使得天线单元以及整个天线阵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，如图6所示，开口波导31包括均与第一平面平行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31的上开口面、下开口面均与水平面XOY平行，而且是相对设置的。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可以设置为0.15~0.3倍波长。当上开口面上的开口为方形时，该开口的边长可以为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31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31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32。

可选地，作为一种可能的实现方式，图7示出了本申请实施例提供的一种波导正交模耦合器32的三维结构示意图，图8为图7所示的波导正交模耦合器32的俯视图。如图7和图8所示，波导正交模耦合器32为2个耦合腔320交叉组成的一体结构，且2个耦合腔320在第一平面上的投影呈十字形。

结合图7，波导正交模耦合器32中的2个耦合腔在靠近开口波导31一侧设置有公共端口，公共端口呈十字与开口波导31下开口面的开口相连。

需要说明的是，波导正交模耦合器32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，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相同。基于此，波导正交模耦合器32在靠近开口波导31一侧设置有公共端口，说明2个耦合腔靠近开口波导31一侧的高度是处于同一平面的，是齐平的，公共端口也是呈十字形的而且与开口波导31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32可以与开口波导31直接组合相接，不需要再添加过渡段，从而使得天线单元2结构更紧凑。

其中，形成该十字形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的一侧是完全敞开的。

此外，需要说明的是，2个耦合腔沿第一方向上的尺寸，即2个耦合腔的高度可以相同，也可以不同，该尺寸可以根据需要进行设置，本申请对此不进行特殊限制。每个耦合腔靠近开口波导一侧组成公共端口的矩形端口形状可以为直角矩形、圆角矩形等，本申请对此不进行特殊限制。

可选地，作为一种可能的实现方式，图9示出了一个天线单元中的4个波导正交模耦合器的俯视图，如图9所示，每个耦合腔320的第一侧壁321上设置有馈电传输端口322，在每个天线单元2中，在第一平面上的投影在同一直线上的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对。

结合图9，耦合腔320的侧壁是垂直于第一平面的，第一侧壁即为耦合腔320垂直于第一平面的侧壁中的一个。

由于每个天线单元2包括4个呈2×2阵列排布的波导正交模耦合器32，每个波导正交模耦合器32包括在第一平面上的投影呈十字形的2个耦合腔320，基于此，如图9所示，每个天线单元2所包括的8个耦合腔320在第一平面的投影中，4个耦合腔平行于X方向，4个耦合腔平行于Y方向，由此，在同一直线上的两个耦合腔320指的就是分别属于相邻的两个波导正交模耦合器32，并且，在第一平面上的投影平行于同一方向的两个耦合腔320。

可以理解的是，在第一平面上的投影在同一直线上的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对，指的是：平行于X方向的第一行的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对；或者，平行于X方向的第二行的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对；或者，平行于Y方向的第一列的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对；或者，平行于Y方向的第二列的两个耦合腔320的2个馈电传输端口322相对。此处，设置相对的2个馈电传输端口322的2个侧壁即为第一侧壁321并且两个第一侧壁321是相对的。

需要说明的是，设置有馈电传输端口322的波导正交模耦合器32的耦合腔320可以与第一波导功分网络10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322均设置为矩形。

图5中还示出了本申请实施例中提供的一种第一波导功分网络的三维结构示意图。图10示出了一种第一功分器101的三维结构示意图，图11示出了一种第二功分器102的三维结构示意图，图12示出了另一种第二功分器102的三维结构示意图，图13示出了一个天线单元中的波导正交模耦合器与第一波导功分网络相连的结构示意图。

结合图5、图9、图10、图11和图12，每个第一波导功分网络10包括2个第一功分器101和1个第二功分器102。第一功分器101、第二功分器102均包括1个输入端口和2个输出端口。其中，第一功分器101为HT功分器，第二功分器102均为ET功分器。

需要说明的是，ET功分器为E面波导T型功率分配器，HT功分器为H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H面指的是与磁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形成T型结构，输入端口位于正中间，两侧分别为2个输出端口。

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、HT功分器均为将一路输入信号分成两路输出的一分二功分器。基于矩形波导，宽边一分二时即为HT功分器，窄边一分二时即为ET功分器。

结合图13，相对的2个馈电传输端口322分别与1个第一功分器101的2个输出端口相连；相对的2个第一功分器101的2个输入端口分别与1个第二功分器102的2个输出端口相连。

需要说明的是，相对的2个馈电传输端口322分别与1个第一功分器101的输出端口相连，也就是说在第一平面的投影沿同一直线的两个耦合腔320之间设置1个第一功分器101，从而使得4个第一功分器101两两相对，近似围合成一个方形。

此外，第一功分器101的输出端口与耦合腔320的馈电传输端口322相连，由于馈电传输端口322呈矩形，沿第一方向的边相较于平行第一平面的边较长，当第一功分器101为HT功分器时，馈电传输端口322沿第一方向的边即为宽边，基于HT功分器的原理，波导以宽边转弯，则第一功分器101的输入端口将位于远离开口波导31的一侧。例如，当开口波导31在上时，第一功分器101的输入端口在底部。

还需要说明的是，结合图13，为了进一步缩小波导辐射单元3之间的间距，两个耦合腔320与其相连的第一功分器101部分结构可以重合。也就是说，耦合腔320上与第一侧壁321相连的两个侧壁可以同时作为第一功分器101上与输出端口相连的两个面，而输入端口位于两个耦合腔320和第一功分器101共同形成的与开口波导31相对的面上。

在此基础上，相对的2个第一功分器101的2个输入端口分别与1个第二功分器102的2个输出端口相连，由于第二功分器102为ET功分器，基于ET功分器的原理，波导以窄边转弯，则第二功分器102的输入端口将在两个输入端口之间，并且位于远离第一功分器101的一侧。此处，为了便于沿第一方向排列的、在上的第二功分器102的输入端口后续可以与其他结构相连，需要留一些空余区域，因此，在下方的第二功分器102，与输出端口相连的面的沿第一方向的高度可以根据需要进行设置，即在下方第二功分器102的输出分支的高度可以根据需要进行设置。

可选地，作为一种可能的实现方式，图14示出了本申请实施例提供的一种第二波导功分网络的三维结构示意图，图15示出了本申请实施例提供的一种第三波导功分网络的三维结构示意图。第二波导功分网络20、第三波导功分网络30均包括2个二级功分器和1个一级功分器；其中，2个二级功分器相对设置，且通过一级功分器相连。

可以理解的是，双极化开口波导阵列天线中的第二波导功分网络20、第三波导功分网络30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，在第二波导功分网络20、第三波导功分网络30与天线单元2相连时，可以将信号分配给每个天线单元2进行辐射，或者，可以接收每个天线单元2传输的信号然后合成一路信号。

可选地，作为一种可能的实现方式，结合图14和图15，一级功分器、二级功分器均包括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。

第二波导功分网络20中一级功分器为HT功分器，二级功分器为ET功分器。第三波导功分网络30中的一级功分器、二级功分器均为HT功分器。

结合图14，在第二波导功分网络20中，由于2个二级功分器为ET功分器，因此，2个二级功分器同层设置，而一级功分器为HT功分器，因此，一级功分器和二级功分器沿第一方向呈两层分布设置。

结合图15，在第三波导功分网络30中，由于一级功分器、二级功公器均为HT功分器，因此，一级功分器和二级功分器同层分布设置。

基于此，在第二波导功分网络20或者在第三波导功分网络30中，当2个二级功分器的2个输入端口分别与一级功分器的2个输出端口相连时，一级功分器将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，然后，每个二级功分器再将接收到的信号分成两路信号，由此，该3个功分器组成的第二波导功分网络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，也可以将四路信号合成一路信号。

可选地，作为一种可能的实现方式，天线单元中的2个第一波导功分网络10分别为第一波导功分子单元和第二波导功分子单元。

第二波导功分网络20的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元2中第一波导功分子单元中的第二功分器102的输入端口相连；

第三波导功分网络30的2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元2中的第二波导功分子单元中的第二功分器102的输入端口相连。

其中，第一波导功分子单元和第二波导功分子单元可以互换。

为了便于多个天线阵组成更大的阵列天线，第二波导功分网络中的一级功分器的输入端口和第三波导功分网络中的一级功分器的输入端口可以朝向相同，以便于后续与其他结构相连接。

可选地，作为一种可能的实现方式，相邻两个波导辐射单元3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32的结构，波导辐射单元3之间的间距可以尽可能缩小，由此，当相邻两个波导辐射单元3之间的间距为0.7~0.9倍波长时，即相邻两个开口波导31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阵，每个天线阵包括4个在所述第一平面上呈2×2阵列排布的天线单元；

每个天线单元包括4个波导辐射单元和2个第一波导功分网络，所述4个波导辐射单元在所述第一平面上呈2×2阵列排布；

每个波导辐射单元包括沿第一方向排列且具有相同中心轴的开口波导和波导正交模耦合器；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；

每个耦合腔的第一侧壁上设置有馈电传输端口，在每个天线单元中，在所述第一平面上的投影在同一直线上的两个耦合腔的2个馈电传输端口相对；

在每个天线单元中，所述2个第一波导功分网络沿所述第一方向排列，每个第一波导功分网络与所述4个波导辐射单元中的所述波导正交模耦合器均相连；

每个第一波导功分网络包括2个第一功分器和1个第二功分器；所述第一功分器、所述第二功分器均包括1个输入端口和2个输出端口；其中，所述第一功分器为HT功分器，所述第二功分器为ET功分器；

相对的2个馈电传输端口分别与1个第一功分器的2个输出端口相连；相对的2个第一功分器的2个输入端口分别与1个所述第二功分器的2个输出端口相连；

所述每个天线阵还包括：沿所述第一方向排列的第二波导功分网络和第三波导功分网络；所述第二波导功分网络、所述第三波导功分网络均与4个所述天线单元相连。

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平面平行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，所述公共端口呈十字形并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，所述第二波导功分网络、所述第三波导功分网络均包括2个二级功分器和1个一级功分器；

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、所述二级功分器均包括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；

所述第二波导功分网络中的所述一级功分器为HT功分器，所述二级功分器为ET功分器；所述第三波导功分网络中所述一级功分器、所述二级功分器均为HT功分器。

6.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，所述天线单元中的2个第一波导功分网络分别为第一波导功分子单元和第二波导功分子单元；

所述第二波导功分网络的所述2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元中第一波导功分子单元中的所述第二功分器的输入端口相连；

所述第三波导功分网络的所述2个二级功分器的4个输出端口分别与每个天线单元中的第二波导功分子单元中的所述第二功分器的输入端口相连。

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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