CN113140916B - 一种多层脊波导天线馈电结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层脊波导天线馈电结构，该结构包括：脊波导‑平行板波导宽边离散化结构和脊波导H面功率分配结构；所述脊波导‑平行板波导宽边离散化结构用于平行板波导方向上平面电磁波的离散化，包括平行板波导结构、金属隔板、模式转换结构和多路脊波导‑平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述平行板波导结构的末端设有若干等间距排布的金属隔板，相邻金属隔板之间中心位置设置有模式转换结构，连接各路脊波导‑平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述脊波导H面功率分配结构的输入端口连接各路脊波导‑平行板波导宽边离散化结构输出端口，用于能量在平行板波导传播方向的均匀或非均匀分配。

Description

一种多层脊波导天线馈电结构

技术领域

本发明涉及天线及天线馈源技术领域，尤其涉及移动和航空应用的平板天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，对于高速率数据传输的无线宽带信道的需求不断增长，特别是移动卫星通讯领域，缺少能够满足移动使用要求的天线，具体来说为增益高、尺寸小、重量轻的天线。持续增长的高通量通信需求使得毫米波在现代无线通信系统应用广泛，毫米波的频率范围在30至300GHz之间，总共约250GHz的带宽，频段介于微波与红外光波之间，与传统的微波系统相比，毫米波不仅具有全天候的优势，而且可以提供更广泛的可用频谱资源和更紧凑的设计尺寸；相较于红外光，毫米波不仅继承了其信息容量大、分辨率高等优点，而且受气候环境影响更小，能够更好地利用大气窗口进行通信。对于与卫星进行定向无线数据通信(例如，在Ku或Ka频带)由于必须可靠地防止相邻卫星之间的干扰，所以对天线的发射特性有极高的要求。在移动通信应用中，天线的重量和尺寸非常重要，因为它们可以降低移动载体的有效载荷，并且可以减少相应的操作费用。在卫星通信领域，管理规定移动卫星的定向发射操作期间在相邻的卫星之前不产生干扰，为此，需要设计的天线不能超过特定波瓣宽度的数值。这导致了根据该指标的天线特性的严格要求。随着波瓣宽度的减小，天线与目标卫星的分离角减小，天线增益也相应增高。通常，使用具有这些特性的抛物面天线。然而，对于多数移动应用，特别对于飞行器而言，抛物面天线由于其具有较大的尺寸而并不适用。例如，在商用飞行器的情况下，天线安装于机身，由于抛物面天线尺寸较大带来了额外的空气阻力。

平面印刷天线，如微带贴片阵列是一种应用最为广泛的低剖面阵列，依靠成熟的印制电路板技术和光刻工艺，具有尺寸小精度高等特点，并且可以很容易地低成本制造，但是微带贴片阵列的馈电网络介质损耗较大，口径效率较低，在毫米波频段和较大的阵列中尤其明显。

在毫米波频段，传统的缝隙波导阵列设计较为复杂，自基片集成波导技术出现以来，缝隙波导阵列在20GHz以上开始得到了深入的研究，相比于贴片阵列，该类型天线具有更高的效率和功率容量。但是，受限于馈电网络和耦合单元的频率特性，缝隙波导阵列的整体带宽往往不是特别理想，阻抗带宽很少超过20％。

相反地，平板天线具有较为规则的几何形状和任意的纵横比，天线效率较高。特别地，能够实现高度很低的天线阵列。

已知使用波导技术设计的阵列天线馈电网络具有较低的导体损耗，较高的功率容量，同时剖面较低。

脊波导也是一种常用的导波结构，它是矩形波导的一种变形，可看作由矩形波导宽边中心处向波导内突出一个脊棱，单边突出的称为单脊波导，双边突出的为双脊波导。脊波导也属于单导体传输线，满足边界条件的波也只能是TE波和TM波，其中最低次波型仍是TE10波。脊波导中的场分布与矩形波导中的TE10波的场分布类似，传输特性也有些类同。与矩形波导相比，脊波导有如下优点：

(1)工作频带宽，由于脊凸缘的作用，其TE10波的截止波长比矩形波导中TE10波的截止波长更长，因而与其他高次模截止波长相差更大。

(2)波导尺寸小。在相同的波导尺寸下，脊波导单模工作频带更宽，也即在同一频率下，脊波导比矩形波导尺寸更小。

(3)等效阻抗低。与相同横截面的矩形波导相比，脊波导的等效特性阻抗低，因而易于匹配。

脊波导常被用于宽带工作的天馈线系统中，近年来也在相控阵天馈线中获得了广泛的应用。但是由于脊波导的边界形状比较复杂，一般在大型阵列中加工装配难度较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多层脊波导天线馈电结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多层脊波导天线馈电结构，该结构包括：脊波导-平行板波导宽边离散化结构和脊波导H面功率分配结构；所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构用于平行板波导方向上平面电磁波的离散化，包括平行板波导结构、金属隔板、模式转换结构和多路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述平行板波导结构的末端设有若干等间距排布的金属隔板，相邻金属隔板之间中心位置设置有模式转换结构，连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述脊波导H面功率分配结构的输入端口连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，用于能量在平行板波导传播方向的均匀或非均匀分配。

进一步地，所述平行板波导结构一端馈入电磁波，平行板波导结构的宽和高分别为A和B，其中A＞λ0，B＜λ0/2，λ0为发射或接收电磁波的最小自由空间波长，A等于离散化间距D的整数倍，馈入电磁波的模式为TE10模式或准TEM模式；所述平行板波导结构的另一端设置短路面，用于反射电磁波。为了防止高次模，所述平行板波导结构的波导高度应小于半波长。

进一步地，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构，一共包含M个离散化单元；所述金属隔板的作用是将相邻离散化单元的电磁波进行隔离，其中隔板可以由立方体或圆柱状结构组成，所述金属隔板高度与平行板波导结构高度相同；相邻金属隔板的距离d等于离散化间距D，d＜λ0；通过调节金属隔板的长度和宽度，实现阻抗匹配。所述阻抗匹配实现了平行板波导与脊波导的阻抗匹配；所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构还能实现能量转向，所述能量转向实现了平行板波导传播方向到平行板波导窄边方向的电磁波传播；模式转换，所述模式转换实现了平行板波导模式与脊波导模式的相互转换。

进一步地，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构，相邻金属隔板中心位置设置有模式转换结构，模式转换结构的另一端连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口为脊波导端口，分别与各路脊波导H面功率分配结构输入端口相连接。

进一步地，所述模式转换结构可以为探针模式转换结构或缝隙/圆孔耦合模式转换结构，作用是实现平行板波导内部准TEM模式与脊波导TE10模式的模式相互转换，其中探针模式转换结构的探针连接平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；缝隙/圆孔耦合模式转换结构的缝隙/圆孔开口连通平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口。

进一步地，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口设置为单脊或双脊波导，根据脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口不同，对应的波导上表面所开槽也不同，单脊波导为C型槽，双脊波导为I型槽。

进一步地，所述脊波导H面功率分配结构为层叠状结构，该结构为具有H面T型功率分配器的二叉树形式，所述H面T型功率分配器分支波导平面与TE10模磁场H所在平面平行，脊波导H面功率分配结构的输入端口连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，馈电方式为并行方式，一共有N个输出，其中N为偶数；所述脊波导H面功率分配结构为单级或多级结构；所述脊波导H面功率分配结构为等分或不等分功率分配结构，其作用为均分或不等分配电磁波能量。

进一步地，所述脊波导H面功率分配结构由于层叠状结构的特性，可以通过调整脊波导功率分配结构的层数来调整辐射口径的大小。

进一步地，所述脊波导H面功分结构可以是并联、串联、并联串联结合的馈电结构。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，还包括辐射结构，所述辐射结构连接H面脊功率分配结构的输出端口，用于将能量分配后的电磁波辐射到自由空间。

进一步地，所述脊波导H面功率分配结构置于辐射结构的底部，将电磁波馈入波导喇叭，从波导喇叭顶部辐射到自由空间。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，共包括N×M个辐射结构，所述辐射结构总开口面积S＝L×W，其中L<N×λ0，W<M×λ0，其中λ0为发射或接收电磁波的最小自由空间波长。

进一步地，脊波导功率分配结构与喇叭天线相结合，此种方式可以提供宽带和低剖面的性能，其中喇叭天线可以是阶梯喇叭也可以是渐近线(直线)喇叭。

进一步地，该天线馈电结构为多层结构，各层结构之间平行排布；通过调整层数，在不改变脊波导H面功率分配结构和加工难度的情况下，实现天线口径的调节。

进一步地，所述辐射结构中包含上述模式转换结构，作用是实现脊波导TE10模式的模式与自由空间/平行板波导的TEM模式的模式相互转换。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，至少一些波导喇叭天线设置为阶梯状喇叭天线、直线喇叭天线、渐近线形式喇叭天线。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，至少一些波导喇叭天线设置为加脊喇叭天线。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，至少一些辐射结构采用TSA结构或鳍线结构。

进一步地，所述辐射结构的波导喇叭开口向上，相邻层数之间的波导喇叭由低于剖面高度的波导壁彼此隔离，在阵面上体现为阵元数量为N的辐射阵列。

进一步地，所述多层脊波导天线馈电结构，脊波导壁采用金属良导体。

进一步地，本发明中所有脊波导结构可以用加脊/介质填充基片集成波导(RSIW)代替。

进一步地，脊波导结构可看作由矩形波导把宽壁弯折而成，可以是单脊结构，双脊结构，对称结构，以及非对称结构，还可以是非标脊波导，介于波导和脊波导之间的结构，或者退化为矩形波导。

本发明提供的多层脊波导天线馈电结构的优点是：

1.结构简单，加工容易，采用的脊波导H面功率分配结构，可以有效规避多层脊波导功分器的加工瓶颈。

2.采用了脊波导H面功率分配结构，实现了高功率容量、低损耗的天线馈电。

3.采用的脊波导H面功率分配结构为新型层叠式结构，天线口径易于扩展，通过改变馈电网络层数即可轻松实现天线增益的可配置，并且随着口径的增大不会额外增加的设计复杂度和加工难度。

4.采用的脊波导-平行板波导宽边离散化结构和脊波导H面功率分配结构均为宽带结构，可以实现宽带天线设计或收发共口径天线设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1示意地表示本发明实施实例采用辐射结构的整体结构透视图；

图2示意地表示本发明实施例用于脊波导-平行板波导宽边离散化结构剖面图；

图3示意地表示本发明实施例用于脊波导馈电网络透视图；

图4示意地表示本发明实施例用于脊波导H面功率分配结构的电场分布图；

图5示意地表示本发明实施例用于辐射结构的剖面侧视图；

图6示意地表示本发明实施例采用辐射结构的整体结构三维示意图；

图7示意地表示本发明实施例用于脊波导的剖面正视图；

图8示意地表示本发明实施例用于脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅰ剖面侧视图；

图9示意地表示本发明实施例用于脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅱ剖面侧视图；

图10示意地表示本发明实施例用于脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅲ剖面侧视图；

图11示意地表示本发明公开实施实例用于缝隙/圆孔耦合结构俯视图。

具体实施方式

由于本发明工作在微波毫米波频段，在设计过程中需要考虑传输线损耗的影响，因此采用波导结构作为传输线的主要结构进行设计。在一定的频带内，频率不变的情况下，不同的波导高度将会导致不同的传播常数和不同的波导特征阻抗，因此我们可以通过改变波导高度设计出损耗较低的等功率分配器和不等功率分配器，这就形成了我们所示的脊波导H面功率分配结构。同时，由于天线增益随天线输出口径的增大而增大，多个脊波导H面功率分配结构可以前后堆叠，每一层可以对应一个线阵列的辐射结构，在俯仰面组成天线阵列，这样，我们就可以通过改变脊波导H面功率分配结构的层数来实现口径可配置，从而实现天线增益的可配置。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、水平、垂直等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参考图1-4所示，为本发明实施例提供的基于多层脊波导的8x8阵列天线馈电结构，该结构包括脊波导-平行板波导宽边离散化结构2和脊波导H面功率分配结构3；所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构2包括1个平行板波导结构1、9个金属隔板5和8个脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6，所述平行板波导结构1一端馈入电磁波，平行板波导结构1的宽和高分别为A和B，其中A＞λ0，B＜λ0/2，λ0为发射或接收电磁波的最小自由空间波长，A等于离散化间距D的整数倍，馈入电磁波的模式为TE10模式或准TEM模式；所述平行板波导结构1的另一端设置短路面，用于反射电磁波；所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构2一共包含8个离散化单元，相邻离散化单元之间设置有金属隔板5，金属隔板5的作用是将相邻离散化单元的电磁波进行隔离，通过设置合适的厚度尺寸可以达到较好的匹配效果，本实施例的金属隔板5采用金属立方体进行设计，可以设想金属隔板5还可以由圆柱状结构组成，所述金属隔板5高度与平行板波导结构1高度相同；相邻金属隔板5的距离d等于离散化间距D，d＜λ0；通过调节金属隔板5的长度和宽度，实现阻抗匹配。相邻金属隔板5中心位置对应的波导上表面开槽，作为各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6，该脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6分别与脊波导H面功率分配结构功分输入端口7相连接，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6设置为单脊或双脊波导，根据脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6不同，对应的波导上表面所开槽也不同，单脊波导为C型槽，双脊波导为I型槽。所述脊波导H面功率分配结构3一共有8层，其中每层的脊波导H面功率分配结构3构造均相同，沿一个坐标轴方向均匀等间距排列，其中排列间距小于λ0，其中λ0表示发送或接收电磁波的最小自由空间波长；所述脊波导H面功率分配结构3包括1个功分输入端口7、8个功分输出端口11、若干等功率分配器9、若干不等功率分配器8和若干波导弯头10。各路脊波导H面功率分配结构功分输入端口7分别与各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6相连接，单层脊波导H面功率分配结构3沿功分输入端口7中心呈左右前后对称结构，由6级脊波导功率分配器和若干波导弯头10级联而成，单层脊波导H面功率分配结构设置有1个功分输入端口7和8个功分输出端口11，为8:1的功率分配器，其中8个功分输出端口11在输出阵面上呈等间距排列，所述脊波导H面功率分配结构3用于将传导的电磁波分流；然而，可以设想脊波导H面功率分配结构3拥有更少或更多层的实施例，通过更改层数，得到更大的辐射输出口径，整体辐射增益和整体体积也会相应提高。因此，根据应用，脊波导H面功率分配结构3层数的适当设计能够建立不同方向图增益的天线。为了能够应用不同的应用场合，本发明可以很容易地改变功率分配结构的层数，从而使得整体结构仅为必要的大小。

参考图5所示，所述基于脊波导H面功分的8x8阵列天线馈电结构还包含辐射结构4，本实施例中设有8个辐射结构，所述辐射结构极化方式一致，分别连接各路脊波导H面功率分配结构输出端口，8个辐射结构分别对应8个脊波导H面功率分配结构功分输出端口11，用于将分流后的电磁波辐射到自由空间，选择合适的辐射元件尺寸及其孔径面积的大小，使得各辐射元件的相位中心之间的沿着两个坐标方向上的间隔比λ0小，其中λ0表示发送或接收电磁波的最小自由空间波长。该间隔保证了在天线方向图中的最大有用频率范围内，在任意方向上不会产生称为“栅瓣”的寄生旁瓣。左图所示为直接连接各路脊波导H面功率分配结构的辐射结构，波导喇叭14开口向上，辐射结构的输入端口连接各路脊波导H面功率分配结构的输出端口11，右图所示为包含探针模式转换结构的辐射结构，其中探针25与辐射阵面平行放置，刻蚀在电路板20之上，相邻辐射结构4之间设有金属隔板12进行隔离。

参考图5和6所示，所述辐射结构的波导喇叭14开口向上，相邻层数之间的波导喇叭14由与剖面高度平齐的波导壁12彼此隔离，在阵面上体现为阵元数量为N＝8x8的辐射阵列13。

参考图7所示，所述脊波导结构可看作由矩形波导把宽壁弯折而成，脊波导结构可以是单脊结构30，双脊结构31，对称结构，以及非对称结构，还可以是非标脊波导，介于波导和脊波导之间的结构，或者退化为矩形波导。

参考图8、9、10和11所示，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构2包括一个水平放置的平行板波导1、多路竖直放置的脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口6、若干金属隔板5和模式转换结构，其中模式转换结构可以为探针型结构(如脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅲ、脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅱ所示)或缝隙/圆孔耦合型结构(如脊波导-平行板波导宽边离散化结构Ⅰ所示)，作用是实现平行板波导模式与脊波导模式的相互转换，其中探针型结构中的探针可以为直探针21或弯折探针22，刻蚀在电路板20之上，连通平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；缝隙/圆孔耦合模式转换结构23的缝隙开口26或圆孔开口27平行于平行板波导表面，连通平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口。

然而，同样可以设想模块的其他布置和其他的辐射结构尺寸。例如还能够将方形的辐射结构布置成圆。也不需要所有的辐射结构具有相同的尺寸。

根据应用和要求的频率带宽，能够将诸如传统的脊波导改为圆形波导或更加宽带的脊波导这样的多重波导作用于波导结构，其中脊波导可以设置为单脊波导或双脊波导。还可以设想填充有电介质的波导。

根据理论分析来说，波导结构全部填充或部分填充电介质是有利地。然后填充有电介质的波导的尺寸会明显减小，因此，这意味着使整体结构剖面更小，使要求的安装空间最小化。

如果整体多层脊波导天线馈电结构的发射和接收频带分别位于分开很远的频带上，则可能产生如下情况：辐射结构和波导的尺寸需要调整，以至于两个频带的较低频带接近或低于辐射结构和波导的截止频率。通过本实例的方式，传统的喇叭天线不再能够支持该频带，或可采用更宽带的加脊喇叭形式，与传统的喇叭天线相比，这样的喇叭天线可能具有极大地延伸的频率带宽。然后，是由天线物理的方法执行这样的加脊喇叭与自由空间的阻抗匹配。

例如，在K/Ka频带操作的情况下，接收频带大约是19-20GHz，发射频带大约是29-30GHz。为了满足辐射方向图在发射频带中没有寄生旁瓣的现象(“旁瓣”)的条件，相邻辐射结构的距离必须小于10mm×10mm。

以上是本发明的具体实施方式，本领域的技术人员可以通过应用本发明公开的方法以及一些没有做出创造性劳动前提下的替代方式制作出一种多层脊波导天线馈电结构。本发明结构具有频带宽、功率容量高、剖面低、损耗小、剖面低以及设计简单等特点，适合作为卫星阵列天线的馈电及辐射。

Claims (10)

1.一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，该结构包括：脊波导-平行板波导宽边离散化结构和脊波导H面功率分配结构；所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构用于平行板波导宽边方向平面电磁波的离散化，包括平行板波导结构、金属隔板、模式转换结构和多路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述平行板波导结构的末端设有若干等间距排布的金属隔板，相邻金属隔板之间中心位置处设置有模式转换结构，所述模式转换结构的一端连接平行板波导，另一端连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；所述脊波导H面功率分配结构的输入端口连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，沿着脊波导传播方向实现能量的均匀或非均匀分配。

2.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述平行板波导结构的一端馈入电磁波，平行板波导结构的宽和高分别为A和B，其中A＞λ0，B＜λ0/2，λ0为发射或接收电磁波的最小自由空间波长，A等于离散化间距D的整数倍，馈入电磁波的模式为TE10模式或准TEM模式。

3.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构包含M个离散化单元，所述金属隔板的作用是将相邻离散化单元的电磁波进行隔离，所述金属隔板由立方体或圆柱状结构组成，所述金属隔板高度与波导结构高度相同；相邻金属隔板的距离d等于离散化间距D，d＜λ0；通过调节金属隔板的长度和宽度，实现阻抗匹配。

4.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，相邻金属隔板中心位置设置有模式转换结构，模式转换结构的一端连接平行板波导，另一端连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口为脊波导端口，分别与各路脊波导H面功率分配结构输入端口相连接。

5.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述模式转换结构为探针型结构或缝隙/圆孔耦合型结构，作用是实现平行板波导模式与脊波导模式的相互转换，其中探针型结构中的探针垂直于平行板波导的上下表面放置，连通平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口；缝隙/圆孔耦合型结构的缝隙/圆孔开口平行于平行板波导表面，连通平行板波导结构与脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口。

6.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述脊波导-平行板波导宽边离散化结构还能实现阻抗匹配，所述阻抗匹配实现了平行板波导与脊波导的阻抗匹配；能量转向，所述能量转向实现了平行板波导传播方向到平行板波导窄边方向的电磁波传播；模式转换，所述模式转换实现了平行板波导模式与脊波导模式的相互转换。

7.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述脊波导H面功率分配结构为层叠状结构，该结构为具有H面T型功率分配器的二叉树形式，所述H面T型功率分配器分支波导平面与脊波导模式的磁场所在平面平行，所述脊波导H面功率分配结构的输入端口连接各路脊波导-平行板波导宽边离散化结构输出端口，所述脊波导H面功率分配结构有N个输出端口，其中N为偶数；所述脊波导H面功率分配结构为单级或多级级联结构；所述脊波导H面功率分配结构为等分或不等分功率分配结构，其作用为均匀或非均匀分配电磁能量。

8.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，所述天线馈电结构还包括辐射结构，所述辐射结构连接脊波导H面功率分配结构的输出端口，共包括N×M个辐射结构，用于将能量分配后的电磁波辐射到自由空间；所述辐射结构中包含模式转换结构，作用是实现脊波导模式与自由空间传播模式的相互转换。

9.根据权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，该天线馈电结构为多层结构，各层结构之间平行排布；通过调整层数，在不改变脊波导H面功率分配结构和加工难度的情况下，实现天线口径的调节。

10.如权利要求1所述的一种多层脊波导天线馈电结构，其特征在于，脊波导壁采用金属良导体，脊波导结构包括但不限于加脊/介质填充基片集成波导（RSIW）；脊波导结构由矩形波导把宽壁弯折而成，脊波导结构包括单脊结构，双脊结构，对称结构，以及非对称结构，非标脊波导，介于波导和脊波导之间的结构，或者退化为矩形波导。

Images