CN114725697A - 一种宽带双极化空心波导缝隙天线 - Google Patents

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陆云龙
黄明健
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Abstract

本发明公开了一种宽带双极化缝隙空心波导天线，包括按照从上到下层叠的辐射缝隙层、H极化全共馈馈电网络、正交分模层和V极化全共馈馈电网络，V极化全共馈馈电网络采用底馈式馈电方式，用于激励辐射缝隙层产生垂直极化波，H极化全共馈馈电网络采用侧馈式馈电方式，用于使辐射缝隙层产生水平极化波，正交分模层基于双脊矩形波导腔设计，辐射缝隙层用于在V极化全共馈馈电网络激励下产生垂直极化波和在H极化全共馈馈电网络激励下产生水平极化波，并将垂直极化波和水平极化波合成交叉极化波辐射到自由空间；优点是在具有较宽的阻抗带宽的同时，光栅瓣电平不会显著恶化，具有较高的天线效率以及较高的交叉极化(XPD)。

Description

一种宽带双极化空心波导缝隙天线
技术领域
本发明涉及一种双极化空心波导缝隙天线，尤其是涉及一种宽带双极化空心波导缝隙天线。
背景技术
随着物联网、AR/VR等各种新的无线通信应用的出现，对无线通信容量的需求迅速增加。在远距离无线通信场景中，宽带、高增益、高效率的阵列天线是建立稳定通信的首选。其中由于宽带双极化天线可以消除多径衰落，并在给定的频谱内提高信道容量，由此宽带双极化天线是组成阵列天线一个很好的选择。鉴于宽带双极化天线的优点，采用低损耗方案实现的宽带双极化天线变得很有吸引力。抛物面反射器和反射镜具有低成本和易于制造的优点，是当前设计宽带双极化天线一种常见的选择。然而，基于抛物面反射器和反射镜设计的宽带双极化天线体积很大，而且外形很高，越来越不能满足当前产品小型化的需求。近年来出现的空心波导缝隙天线结构紧凑，体积较小，应用于阵列天线时能够使阵列天线体积紧凑，实现小型化，成为了平面高效双极化天线的理想候选天线。
现有的双极化空心波导缝隙天线主要有两种类别：第一种是基于串联(或部分串联)馈电网络结构；第二种是基于全共馈馈电网络结构。基于串联(或部分串联)馈电网络结构的双极化空心波导缝隙天线具有两种典型的设计：(1)激励串联的正交布置的连续横向短接阵列或交叉缝隙阵列、(2)激励垂直和偏置纵向缝隙与部分串联馈电网络相结合。基于串联(或部分串联)馈电网络结构的双极化空心波导缝隙天线的两种典型设计为了便于馈电网络的布局，都采用1-4背腔来激励2×2元的子阵。基于全共馈馈电网络结构的双极化空心波导缝隙天线分别采用十字形缝隙、方形缝隙和磁电偶极子实现双极化。
但是，上述两个类别的双极化空心波导缝隙天线具有如下问题：一、基于串联(或部分串联)馈电网络结构的双极化空心波导缝隙天线的相对带宽(FBW)相对较窄(FBW通常在10％以内)，基于全共馈馈电网络结构的双极化空心波导缝隙天线由于背腔尺寸的问题使得其FBW仍然相对较窄(小于20％)；二、这两种双极化空心波导缝隙天线都使用共同的背腔来激发极化，会增加交叉极化恶化的可能性，此外，通过增加背腔尺寸来增强FBW的方法会造成光栅瓣电平的显著恶化(仅大约-13dB)，从而影响天线效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有较宽的阻抗带宽的同时，光栅瓣电平不会显著恶化，具有较高的天线效率以及较高的交叉极化(XPD)的宽带空心波导缝隙阵列天线。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种宽带双极化缝隙空心波导天线，包括按照从上到下层叠的辐射缝隙层、H极化全共馈馈电网络、正交分模层和V极化全共馈馈电网络，所述的V极化全共馈馈电网络采用底馈式馈电方式，所述的V极化全共馈馈电网络用于激励所述的辐射缝隙层产生垂直极化波，所述的H极化全共馈馈电网络为基于双脊波导和方形同轴线混合结构，采用多个T型结实现的紧凑型馈电网络，所述的H极化全共馈馈电网络采用侧馈式馈电方式，所述的H极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层直接接触，用于对所述的辐射缝隙层进行面对面激励，使所述的辐射缝隙层产生水平极化波，所述的正交分模层基于双脊矩形波导腔设计，所述的正交分模层用于增加所述的V极化全共馈馈电网络激发的垂直极化波和所述的H极化全共馈馈电网络激发的水平极化波的隔离度，同时改善所述的V极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层之间的阻抗匹配以及所述的H极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层之间的阻抗匹配，所述的辐射缝隙层基于侧馈式和底馈式组合的方形缝隙阵元结构设计，所述的辐射缝隙层用于在所述的V极化全共馈馈电网络激励下产生垂直极化波和在所述的H极化全共馈馈电网络激励下产生水平极化波，并将垂直极化波和水平极化波合成交叉极化波辐射到自由空间，同时实现对交叉极化波的宽带阻抗匹配响应。
所述的辐射缝隙层包括第一金属板和设置在所述的第一金属板上的正方形辐射缝组单元，所述的第一金属板为矩形板，所述的正方形辐射缝组单元由开设在所述的第一金属板的4个正方形辐射缝组组成，4个正方形辐射缝组按照2行2列方式等间隔排布，其中，位于同一行的2个正方形辐射缝组相对于所述的第一金属板沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个正方形辐射缝组相对于所述的第一金属板沿左右方向的对称线前后对称，每个所述的正方形辐射缝组分别包括16个正方形辐射缝，16个正方形辐射缝按照4行4列均匀间隔分布，每个所述的正方形辐射缝分别通过在所述的第一金属板上开设镂空的正方形空气槽实现，所述的辐射缝隙层具有64个正方形辐射缝；所述的H极化全共馈馈电网络包括第二金属板和4个1分16等幅反相功分器，所述的第二金属板为矩形板，所述的第二金属板位于所述的第一金属板的下方，4个所述的1分16等幅反相功分器结构尺寸完全相同，且分别通过在所述的第二金属板上开槽实现，每个所述的1分16等幅反相功分器分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个所述的1分16等幅反相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的H极化全共馈馈电网络的1个输入端口，4个所述的1分16等幅反相功分器的16个输出端口，共计64个输出端口，作为所述的H极化全共馈馈电网络的64个输出端口，所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口采用多级矩形波导阶梯匹配过渡到标准波导输入端口(WR-51)，每个所述的1分16等幅反相功分器分别由4个1分4等幅反相功分器按照2行2列间隔分布构成，每个所述的1分4等幅反相功分器分别具有1个输入端口和4个输出端口，每个所述的1分16等幅反相功分器中，4个1分4等幅反相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的1分16等幅反相功分器的输入端口，4个1分4等幅反相功分器的4个输出端口，共计16个输出端口，作为所述的1分16等幅反相功分器的16个输出端口，每个所述的1分4等幅反相功分器分别由1个H面双脊T型1分2功分器和2个E面双脊T型1分2功分器连接实现，所述的H面双脊T型1分2功分器位于2个E面双脊T型1分2功分器的中间，所述的H面双脊T型1分2功分器具有一个输入端口和两个输出端口，所述的H面双脊T型1分2功分器的输入端口采用方形同轴结构，每个所述的E面双脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个所述的E面双脊T型1分2功分器的每个输出端口均采用方形同轴结构，所述的H面双脊T型1分2功分器的输入端口为所述的1分4等幅反相功分器的输入端口，所述的H面双脊T型1分2功分器的两个输出端口与2个E面双脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，2个E面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为所述的1分4等幅反相功分器的4个输出端口；所述的正交分模层包括第三金属板和设置在所述的第三金属板上的4个双脊矩形波导腔组，所述的第三金属板为矩形板，4个双脊矩形波导腔组按照2行2列方式间隔分布，位于同一行的2个双脊矩形波导腔组相对于所述的第三金属板沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个双脊矩形波导腔组相对于所述的第三金属板沿左右方向的对称线前后对称，每个所述的双脊矩形波导腔组分别由16个双脊矩形波导腔组成，每个所述的双脊矩形波导腔组中，所述的16个双脊矩形波导腔按照4行4列等间隔排布，将每个所述的双脊矩形波导腔组中的16个双脊矩形波导腔等分为4个双脊矩形波导腔小组，每个所述的双脊矩形波导腔小组包括按照2行2列等间隔排布的4个双脊矩形波导腔，每个双脊矩形波导腔均具有1个位于侧边的方形同轴输入口、1个位于底部的双脊波导输入口以及一个输出口，每个双脊矩形波导腔均通过在所述的第三金属板上开槽实现；所述的正交分模层具有64个双脊矩形波导腔，64个双脊矩形波导腔的位于侧边的方形同轴输入口作为所述的正交分模层的64个侧馈方形同轴输入口，64个双脊矩形波导腔的位于底部的双脊波导输入口作为所述的正交分模层的64个底馈双脊波导输入口，64个双脊矩形波导腔的输出口作为所述的正交分模层的64个输出口；所述的V极化全共馈馈电网络包括第四金属板和4个1分16等幅同相功分器，所述的第四金属板为矩形板，所述的第四金属板位于所述的第三金属板的下方，4个1分16等幅同相功分器结构尺寸完全相同，且分别通过在所述的第四金属板上开槽实现，每个所述的1分16等幅同相功分器分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个所述的1分16等幅同相功分器的输入端口连接且其连接端口作为所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口，所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口采用多级矩形波导阶梯匹配过渡到标准波导输入端口(WR-51)，4个所述的1分16等幅同相功分器的16个输出端口，共64个输出端口作为所述的V极化全共馈馈电网络的64个输出端口；每个1分16等幅同相功分器分别由4个1分4等幅同相功分器构成，每个1分4等幅同相功分器分别具有1个输入端口和4个输出端口，4个1分4等幅同相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的1分16等幅同相功分器的输入端口，4个1分4等幅同相功分器的4个输出端口，共计16个输出端口，作为所述的1分16等幅同相功分器的16个输出端口，每个1分4等幅同相功分器的输出端口均为双脊波导结构；所述的每个1分16等幅同相功分器中，每个所述的1分4等幅同相功分器分别由3个H面单脊T型1分2功分器依次级联实现，每个所述的H面单脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个所述的1分4等幅同相功分器中，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的输入端口作为所述的1分4等幅同相功分器的输入端口，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的2个输出端口与位于两侧的H面单脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，位于两侧的2个H面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为所述的1分4等幅同相功分器的4个输出端口；所述的正交分模层的64个侧馈方形同轴输入口与所述的H极化全共馈馈电网络的64个输出端口一一对应连接，所述的正交分模层的64个底馈双脊波导输入口与所述的V极化全共馈馈电网络的64个输出端口一一对应连接，所述的正交分模层的64个输出口与所述的辐射缝隙层的64个正方形辐射缝一一对应连接；当所述的宽带双极化缝隙空心波导天线实现发射功能时，与所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，与所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，其中，与所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模传输至所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口处，然后等分传输至所述的H极化全共馈馈电网络的16个1分4等幅同相功分器中，所述的H极化全共馈馈电网络的每个1分4等幅同相功分器分别将传输至其处的TE10模再等分传输至与其连接的正交分模层的双脊矩形波导腔中，，与所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模等分传输至所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口，所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口将TE10模转化为TEM模等分传输至所述的V极化全共馈馈电网络的64个1分4等幅同相功分器中，所述的V极化全共馈馈电网络中，每个1分4等幅同相功分器分别将传输至其处的TEM模转换为TE01模后再等分传输至与其连接的正交分模层的双脊矩形波导腔中，所述的双脊矩形波导腔将馈电至其处的TE10模和TE01模分别馈电至所述的辐射缝隙层中，辐射缝隙层产生水平极化波和垂直极化波后形成交叉极化波辐射出去。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过按照从上到下层叠的辐射缝隙层、H极化全共馈馈电网络、正交分模层和V极化全共馈馈电网络实现宽带双极化缝隙空心波导天线，V极化全共馈馈电网络采用底馈式馈电方式，V极化全共馈馈电网络用于激励辐射缝隙层产生垂直极化波，H极化全共馈馈电网络为基于双脊波导和方形同轴线混合结构，采用多个T型结实现的紧凑型馈电网络，H极化全共馈馈电网络采用侧馈式馈电方式，H极化全共馈馈电网络与辐射缝隙层直接接触，用于对辐射缝隙层进行面对面激励，使辐射缝隙层产生水平极化波，正交分模层基于双脊矩形波导腔设计，正交分模层用于增加V极化全共馈馈电网络激发的垂直极化波和H极化全共馈馈电网络激发的水平极化波的隔离度，同时改善V极化全共馈馈电网络与辐射缝隙层之间的阻抗匹配以及H极化全共馈馈电网络与辐射缝隙层之间的阻抗匹配，辐射缝隙层基于侧馈式和底馈式组合的方形缝隙阵元结构设计，辐射缝隙层用于在V极化全共馈馈电网络激励下产生垂直极化波和在H极化全共馈馈电网络激励下产生水平极化波，并将垂直极化波和水平极化波合成交叉极化波辐射到自由空间，同时实现对交叉极化波的宽带阻抗匹配响应，由此本发明采用侧馈式馈电方式和底馈式馈电方式相结合的馈电方式，直接激励辐射缝隙层实现宽带的双极化特性，有效地减小辐射缝隙层中辐射缝隙的数量，从而在具有较宽的阻抗带宽的同时，光栅瓣电平不会显著恶化，具有较高的天线效率以及较高的交叉极化(XPD)。
附图说明
图1为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的分解图；
图2为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的辐射缝隙层的结构示意图；
图3为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的H极化全共馈馈电网络的结构示意图；
图4为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的正交分模层的结构示意图；
图5为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的V极化全共馈馈电网络的结构示意图；
图6为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的侧视图；
图7为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的模拟和测量的H极化反射系数曲线图；
图8为本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的模拟和测量的V极化反射系数曲线图。
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，一种宽带双极化缝隙空心波导天线，包括按照从上到下层叠的辐射缝隙层1、H极化全共馈馈电网络2、正交分模层3和V极化全共馈馈电网络4，V极化全共馈馈电网络4采用底馈式馈电方式，V极化全共馈馈电网络4用于激励辐射缝隙层1产生垂直极化波，H极化全共馈馈电网络2为基于双脊波导和方形同轴线混合结构，采用多个T型结实现的紧凑型馈电网络，H极化全共馈馈电网络2采用侧馈式馈电方式，H极化全共馈馈电网络2与辐射缝隙层1直接接触，用于对辐射缝隙层1进行面对面激励，使辐射缝隙层1产生水平极化波，正交分模层3基于双脊矩形波导腔设计，正交分模层3用于增加V极化全共馈馈电网络4激发的垂直极化波和H极化全共馈馈电网络2激发的水平极化波的隔离度，同时改善V极化全共馈馈电网络4与辐射缝隙层1之间的阻抗匹配以及H极化全共馈馈电网络2与辐射缝隙层1之间的阻抗匹配，辐射缝隙层1基于侧馈式和底馈式组合的方形缝隙阵元结构设计，辐射缝隙层1用于在V极化全共馈馈电网络4激励下产生垂直极化波和在H极化全共馈馈电网络2激励下产生水平极化波，并将垂直极化波和水平极化波合成交叉极化波辐射到自由空间，同时实现对交叉极化波的宽带阻抗匹配响应。
如图2至图5所示，本实施例中，辐射缝隙层1包括第一金属板5和设置在第一金属板5上的正方形辐射缝组单元，第一金属板5为矩形板，正方形辐射缝组单元由开设在第一金属板5的4个正方形辐射缝组组成，4个正方形辐射缝组按照2行2列方式等间隔排布，其中，位于同一行的2个正方形辐射缝组相对于第一金属板5沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个正方形辐射缝组相对于第一金属板5沿左右方向的对称线前后对称，每个正方形辐射缝组分别包括16个正方形辐射缝6，16个正方形辐射缝6按照4行4列均匀间隔分布，每个正方形辐射缝6分别通过在第一金属板5上开设镂空的正方形空气槽实现，辐射缝隙层1具有64个正方形辐射缝6；H极化全共馈馈电网络2包括第二金属板7和4个1分16等幅反相功分器8，第二金属板7为矩形板，第二金属板7位于第一金属板5的下方，4个1分16等幅反相功分器8结构尺寸完全相同，且分别通过在第二金属板7上开槽实现，每个1分16等幅反相功分器8分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个1分16等幅反相功分器8的输入端口连接且其连接端作为H极化全共馈馈电网络2的1个输入端口，4个1分16等幅反相功分器8的16个输出端口，共计64个输出端口，作为H极化全共馈馈电网络2的64个输出端口，H极化全共馈馈电网络2的输入端口采用多级矩形波导阶梯10匹配过渡到标准波导输入端口11(WR-51)，每个1分16等幅反相功分器8分别由4个1分4等幅反相功分器9按照2行2列间隔分布构成，每个1分4等幅反相功分器9分别具有1个输入端口和4个输出端口，每个1分16等幅反相功分器8中，4个1分4等幅反相功分器9的输入端口连接且其连接端作为1分16等幅反相功分器8的输入端口，4个1分4等幅反相功分器9的4个输出端口，共计16个输出端口，作为1分16等幅反相功分器8的16个输出端口，每个1分4等幅反相功分器9分别由1个H面双脊T型1分2功分器和2个E面双脊T型1分2功分器连接实现，H面双脊T型1分2功分器位于2个E面双脊T型1分2功分器的中间，H面双脊T型1分2功分器具有一个输入端口和两个输出端口，H面双脊T型1分2功分器的输入端口采用方形同轴结构，每个E面双脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个E面双脊T型1分2功分器的每个输出端口均采用方形同轴结构，H面双脊T型1分2功分器的输入端口为1分4等幅反相功分器9的输入端口，H面双脊T型1分2功分器的两个输出端口与2个E面双脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，2个E面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为1分4等幅反相功分器9的4个输出端口；正交分模层3包括第三金属板12和设置在第三金属板12上的4个双脊矩形波导腔组，第三金属板12为矩形板，4个双脊矩形波导腔组按照2行2列方式间隔分布，位于同一行的2个双脊矩形波导腔组相对于第三金属板12沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个双脊矩形波导腔组相对于第三金属板12沿左右方向的对称线前后对称，每个双脊矩形波导腔组分别由16个双脊矩形波导腔13组成，每个双脊矩形波导腔组中，16个双脊矩形波导腔13按照4行4列等间隔排布，将每个双脊矩形波导腔组中的16个双脊矩形波导腔13等分为4个双脊矩形波导腔小组，每个双脊矩形波导腔小组包括按照2行2列等间隔排布的4个双脊矩形波导腔13，每个双脊矩形波导腔13均具有1个位于侧边的方形同轴输入口14、1个位于底部的双脊波导输入口15以及一个输出口，每个双脊矩形波导腔均通过在第三金属板12上开槽实现；正交分模层3具有64个双脊矩形波导腔，64个双脊矩形波导腔的位于侧边的方形同轴输入口14作为正交分模层3的64个侧馈方形同轴输入口，64个双脊矩形波导腔的位于底部的双脊波导输入口15作为正交分模层3的64个底馈双脊波导输入口，64个双脊矩形波导腔的输出口作为正交分模层3的64个输出口；V极化全共馈馈电网络4包括第四金属板16和4个1分16等幅同相功分器17，第四金属板16为矩形板，第四金属板16位于第三金属板12的下方，4个1分16等幅同相功分器17结构尺寸完全相同，且分别通过在第四金属板16上开槽实现，每个1分16等幅同相功分器17分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个1分16等幅同相功分器17的输入端口连接且其连接端口作为V极化全共馈馈电网络4的输入端口，V极化全共馈馈电网络4的输入端口采用多级矩形波导阶梯19匹配过渡到标准波导输入端口20(WR-51)，4个1分16等幅同相功分器17的16个输出端口，共64个输出端口作为V极化全共馈馈电网络4的64个输出端口；每个1分16等幅同相功分器17分别由4个1分4等幅同相功分器18构成，每个1分4等幅同相功分器18分别具有1个输入端口和4个输出端口，4个1分4等幅同相功分器18的输入端口连接且其连接端作为1分16等幅同相功分器17的输入端口，4个1分4等幅同相功分器18的4个输出端口，共计16个输出端口，作为1分16等幅同相功分器17的16个输出端口，每个1分4等幅同相功分器18的输出端口均为双脊波导结构；每个1分16等幅同相功分器17中，每个1分4等幅同相功分器18分别由3个H面单脊T型1分2功分器依次级联实现，每个H面单脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个1分4等幅同相功分器18中，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的输入端口作为1分4等幅同相功分器18的输入端口，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的2个输出端口与位于两侧的H面单脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，位于两侧的2个H面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为1分4等幅同相功分器18的4个输出端口；正交分模层3的64个侧馈方形同轴输入口与H极化全共馈馈电网络2的64个输出端口一一对应连接，正交分模层3的64个底馈双脊波导输入口与V极化全共馈馈电网络4的64个输出端口一一对应连接，正交分模层3的64个输出口与辐射缝隙层1的64个正方形辐射缝一一对应连接；当宽带双极化缝隙空心波导天线实现发射功能时，与H极化全共馈馈电网络2的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，与V极化全共馈馈电网络4的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，其中，与H极化全共馈馈电网络2的输入端口连接的标准波导输入端口11(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模传输至H极化全共馈馈电网络2的输入端口处，然后等分传输至H极化全共馈馈电网络2的16个1分4等幅同相功分器18中，H极化全共馈馈电网络2的每个1分4等幅同相功分器18分别将传输至其处的TE10模再等分传输至与其连接的正交分模层3的双脊矩形波导腔中，与V极化全共馈馈电网络4的输入端口连接的标准波导输入端口20(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模等分传输至V极化全共馈馈电网络4的输入端口，V极化全共馈馈电网络4的输入端口将TE10模转化为TEM模等分传输至V极化全共馈馈电网络4的64个1分4等幅同相功分器18中，V极化全共馈馈电网络4中，每个1分4等幅同相功分器18分别将传输至其处的TEM模转换为TE01模后再等分传输至与其连接的正交分模层3的双脊矩形波导腔中，双脊矩形波导腔将馈电至其处的TE10模和TE01模分别馈电至辐射缝隙层1中，辐射缝隙层1产生水平极化波和垂直极化波后形成交叉极化波辐射出去。
本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的模拟和实际测量的H极化反射系数曲线图如图7所示，本发明的宽带双极化缝隙空心波导天线的模拟和实际测量的V极化反射系数曲线图如图8所示。分析图7和图8可知，实际测试结果与模拟结果吻合度很好，细微差别主要归因于制造公差和装配误差，模拟的相对带宽(|S11|<-10dB)在H极化和V极化时分别为24.0％(16.9～21.5GHz)和27.4％(16.7～22.0GHz)，测得H极化相对带宽为23.4％(17.0～21.5GHz)，V极化FBW为25.6％(17.0～22.0GHz)。由此，本发明在具有较宽的阻抗带宽的同时，光栅瓣电平不会显著恶化，具有较高的天线效率以及较高的交叉极化(XPD)。

Claims (2)

1.一种宽带双极化缝隙空心波导天线，其特征在于包括按照从上到下层叠的辐射缝隙层、H极化全共馈馈电网络、正交分模层和V极化全共馈馈电网络，所述的V极化全共馈馈电网络采用底馈式馈电方式，所述的V极化全共馈馈电网络用于激励所述的辐射缝隙层产生垂直极化波，所述的H极化全共馈馈电网络为基于双脊波导和方形同轴线混合结构，采用多个T型结实现的紧凑型馈电网络，所述的H极化全共馈馈电网络采用侧馈式馈电方式，所述的H极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层直接接触，用于对所述的辐射缝隙层进行面对面激励，使所述的辐射缝隙层产生水平极化波，所述的正交分模层基于双脊矩形波导腔设计，所述的正交分模层用于增加所述的V极化全共馈馈电网络激发的垂直极化波和所述的H极化全共馈馈电网络激发的水平极化波的隔离度，同时改善所述的V极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层之间的阻抗匹配以及所述的H极化全共馈馈电网络与所述的辐射缝隙层之间的阻抗匹配，所述的辐射缝隙层基于侧馈式和底馈式组合的方形缝隙阵元结构设计，所述的辐射缝隙层用于在所述的V极化全共馈馈电网络激励下产生垂直极化波和在所述的H极化全共馈馈电网络激励下产生水平极化波，并将垂直极化波和水平极化波合成交叉极化波辐射到自由空间，同时实现对交叉极化波的宽带阻抗匹配响应。
2.根据权利要求1所述的一种宽带双极化缝隙空心波导天线，其特征在于所述的辐射缝隙层包括第一金属板和设置在所述的第一金属板上的正方形辐射缝组单元，所述的第一金属板为矩形板，所述的正方形辐射缝组单元由开设在所述的第一金属板的4个正方形辐射缝组组成，4个正方形辐射缝组按照2行2列方式等间隔排布，其中，位于同一行的2个正方形辐射缝组相对于所述的第一金属板沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个正方形辐射缝组相对于所述的第一金属板沿左右方向的对称线前后对称，每个所述的正方形辐射缝组分别包括16个正方形辐射缝，16个正方形辐射缝按照4行4列均匀间隔分布，每个所述的正方形辐射缝分别通过在所述的第一金属板上开设镂空的正方形空气槽实现，所述的辐射缝隙层具有64个正方形辐射缝；
所述的H极化全共馈馈电网络包括第二金属板和4个1分16等幅反相功分器，所述的第二金属板为矩形板，所述的第二金属板位于所述的第一金属板的下方，4个所述的1分16等幅反相功分器结构尺寸完全相同，且分别通过在所述的第二金属板上开槽实现，每个所述的1分16等幅反相功分器分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个所述的1分16等幅反相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的H极化全共馈馈电网络的1个输入端口，4个所述的1分16等幅反相功分器的16个输出端口，共计64个输出端口，作为所述的H极化全共馈馈电网络的64个输出端口，所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口采用多级矩形波导阶梯匹配过渡到标准波导输入端口(WR-51)，每个所述的1分16等幅反相功分器分别由4个1分4等幅反相功分器按照2行2列间隔分布构成，每个所述的1分4等幅反相功分器分别具有1个输入端口和4个输出端口，每个所述的1分16等幅反相功分器中，4个1分4等幅反相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的1分16等幅反相功分器的输入端口，4个1分4等幅反相功分器的4个输出端口，共计16个输出端口，作为所述的1分16等幅反相功分器的16个输出端口，每个所述的1分4等幅反相功分器分别由1个H面双脊T型1分2功分器和2个E面双脊T型1分2功分器连接实现，所述的H面双脊T型1分2功分器位于2个E面双脊T型1分2功分器的中间，所述的H面双脊T型1分2功分器具有一个输入端口和两个输出端口，所述的H面双脊T型1分2功分器的输入端口采用方形同轴结构，每个所述的E面双脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个所述的E面双脊T型1分2功分器的每个输出端口均采用方形同轴结构，所述的H面双脊T型1分2功分器的输入端口为所述的1分4等幅反相功分器的输入端口，所述的H面双脊T型1分2功分器的两个输出端口与2个E面双脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，2个E面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为所述的1分4等幅反相功分器的4个输出端口；
所述的正交分模层包括第三金属板和设置在所述的第三金属板上的4个双脊矩形波导腔组，所述的第三金属板为矩形板，4个双脊矩形波导腔组按照2行2列方式间隔分布，位于同一行的2个双脊矩形波导腔组相对于所述的第三金属板沿前后方向的对称线左右对称，位于同一列的2个双脊矩形波导腔组相对于所述的第三金属板沿左右方向的对称线前后对称，每个所述的双脊矩形波导腔组分别由16个双脊矩形波导腔组成，每个所述的双脊矩形波导腔组中，所述的16个双脊矩形波导腔按照4行4列等间隔排布，将每个所述的双脊矩形波导腔组中的16个双脊矩形波导腔等分为4个双脊矩形波导腔小组，每个所述的双脊矩形波导腔小组包括按照2行2列等间隔排布的4个双脊矩形波导腔，每个双脊矩形波导腔均具有1个位于侧边的方形同轴输入口、1个位于底部的双脊波导输入口以及一个输出口，每个双脊矩形波导腔均通过在所述的第三金属板上开槽实现；所述的正交分模层具有64个双脊矩形波导腔，64个双脊矩形波导腔的位于侧边的方形同轴输入口作为所述的正交分模层的64个侧馈方形同轴输入口，64个双脊矩形波导腔的位于底部的双脊波导输入口作为所述的正交分模层的64个底馈双脊波导输入口，64个双脊矩形波导腔的输出口作为所述的正交分模层的64个输出口；
所述的V极化全共馈馈电网络包括第四金属板和4个1分16等幅同相功分器，所述的第四金属板为矩形板，所述的第四金属板位于所述的第三金属板的下方，4个1分16等幅同相功分器结构尺寸完全相同，且分别通过在所述的第四金属板上开槽实现，每个所述的1分16等幅同相功分器分别具有1个输入端口和16个输出端口，4个所述的1分16等幅同相功分器的输入端口连接且其连接端口作为所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口，所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口采用多级矩形波导阶梯匹配过渡到标准波导输入端口(WR-51)，4个所述的1分16等幅同相功分器的16个输出端口，共64个输出端口作为所述的V极化全共馈馈电网络的64个输出端口；每个1分16等幅同相功分器分别由4个1分4等幅同相功分器构成，每个1分4等幅同相功分器分别具有1个输入端口和4个输出端口，4个1分4等幅同相功分器的输入端口连接且其连接端作为所述的1分16等幅同相功分器的输入端口，4个1分4等幅同相功分器的4个输出端口，共计16个输出端口，作为所述的1分16等幅同相功分器的16个输出端口，每个1分4等幅同相功分器的输出端口均为双脊波导结构；所述的每个1分16等幅同相功分器中，每个所述的1分4等幅同相功分器分别由3个H面单脊T型1分2功分器依次级联实现，每个所述的H面单脊T型1分2功分器分别具有一个输入端口和两个输出端口，每个所述的1分4等幅同相功分器中，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的输入端口作为所述的1分4等幅同相功分器的输入端口，位于中间的H面单脊T型1分2功分器的2个输出端口与位于两侧的H面单脊T型1分2功分器的输入端口一一对应连接，位于两侧的2个H面双脊T型1分2功分器的2个输出端口，共计4个输出端口，作为所述的1分4等幅同相功分器的4个输出端口；所述的正交分模层的64个侧馈方形同轴输入口与所述的H极化全共馈馈电网络的64个输出端口一一对应连接，所述的正交分模层的64个底馈双脊波导输入口与所述的V极化全共馈馈电网络的64个输出端口一一对应连接，所述的正交分模层的64个输出口与所述的辐射缝隙层的64个正方形辐射缝一一对应连接；
当所述的宽带双极化缝隙空心波导天线实现发射功能时，与所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，与所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生17-21.5GHz频率的TE10模，其中，与所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模传输至所述的H极化全共馈馈电网络的输入端口处，然后等分传输至所述的H极化全共馈馈电网络的16个1分4等幅同相功分器中，所述的H极化全共馈馈电网络的每个1分4等幅同相功分器分别将传输至其处的TE10模再等分传输至与其连接的正交分模层的双脊矩形波导腔中，，与所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口连接的标准波导输入端口(WR-51)受电路激励产生的17-21.5GHz频率的TE10模等分传输至所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口，所述的V极化全共馈馈电网络的输入端口将TE10模转化为TEM模等分传输至所述的V极化全共馈馈电网络的64个1分4等幅同相功分器中，所述的V极化全共馈馈电网络中，每个1分4等幅同相功分器分别将传输至其处的TEM模转换为TE01模后再等分传输至与其连接的正交分模层的双脊矩形波导腔中，所述的双脊矩形波导腔将馈电至其处的TE10模和TE01模分别馈电至所述的辐射缝隙层中，辐射缝隙层产生水平极化波和垂直极化波后形成交叉极化波辐射出去。
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