CN115173055A - 一种高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，包括缝隙耦合馈电结构、圆形辐射微带贴片天线、互耦隔离双圆极化阵列天线。所述天线单元的整体结构采用缝隙耦合馈电的微带天线形式，由馈线通过与开槽板中缝隙的耦合，缝隙等效为电流源和磁流源，进一步耦合到上表面的辐射贴片，通过辐射贴片将能量辐射出去。所述天线由若干双圆极化缝隙耦合天线单元按照顺序旋转布阵的方式陈列布置构成，所述双圆极化缝隙耦合天线单元包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、馈线、开槽板、辐射贴片和接底板。本发明能够实现在高频段K/Ka波段首发，并满足双圆极化阵列天线宽频带、高隔离度、高增益、低剖面需求。
Description
技术领域
本发明属于天线、无线通信领域，具体涉及一种双极化平面阵列天线。
背景技术
圆极化天线能在发射天线和接收天线之间提供稳定的链路，对多径失真和极化失配具有抗干扰能力，重量轻、易于制造等优点，现已被广泛应用于卫星通信、航空航天、全球定位系统与雷达系统等领域。为了使圆极化天线在通信方面达到高增益、大角度扫描等特性，通常采用由多个天线单元组成的阵列天线。随着信息技术的不断发展，圆极化阵列天线逐渐向宽带、宽角扫描、高增益、低剖面、多功能的方向发展。同时微波频段资源日趋紧张，为了增加信道容量，卫星通信使用的频带从C、Ku转向Ka波段。与其他波段相比，Ka波段所受到的干扰更轻，这有利于卫星通信系统的稳定运行。为了充分利用天线的微波频段，通常希望多个通信系统共用一副天线或者在一个通信系统中天线收发共用，这一现状促使了双圆极化技术发展。
双圆极化阵列天线可以方便地集成在固态有源电路中，被广泛应用于电子设备应用领域。常用的双圆极化天线可分为非平板天线和平板天线两种。非平板天线的代表是反射面天线，该天线采用反射面加载双线极化或双圆极化馈源的形式。这种结构的优点是反射面加工简单，阻抗带宽只取决于馈源的性能，主要应用在卫星通讯的基站。双圆极化平板天线通过馈电网络连接单元或子阵，可以扩展阵列规模以提高增益。但是，目前的双圆极化阵列天线存在许多问题：1.天线频率局限在C、X、Ku等波段，针对更高的K/Ka波段研究较少；2.现有的Ka波段双圆极化平板天线的相对带宽较窄，大部分位于20％以下；3.非平板天线由于采用了反射面天线的形式，馈源的位置必须满足一定的焦径比，这导致其口径越大，剖面越高。4.双圆极化极化隔离度较低，难以实现极化旋向可变；5.双圆极化阵列天线难以兼备宽波束扫描和高增益低轴比要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，实现在高频段K/Ka波段首发，并满足双圆极化阵列天线宽频带、高隔离度、高增益、低剖面需求。
本发明提供的高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，由若干双圆极化缝隙耦合天线单元按照顺序旋转布阵的方式陈列布置构成，所述双圆极化缝隙耦合天线单元包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、馈线、开槽板、辐射贴片和接底板；所述第一介质层上表面从下到上顺次覆盖有馈线、第二介质层、开槽板、第三介质层、辐射贴片；所述馈线、开槽板和辐射贴片的位置上下对应重合；所述馈线由多个宽度不一的枝节交替排列而成，馈线两端为两个馈电端口，所述开槽板上开设有若干缝隙，所述馈线的枝节与缝隙一一对应耦合；所述第一介质层、第二介质层、第三介质层的边缘沿介质层的周向开设同时贯穿三个介质层的金属化通孔。
进一步地，所述馈线为开口的圆形，馈线的两个端口位于圆的外侧，且在圆的两侧对称分布，从而提高端口隔离度；圆以外至端口之间的馈线设置有用于与端口进行阻抗的匹配的枝节。
优选地，所述馈线上的两个端口、枝节分布根据过馈线圆的开口和圆心的直线对称。
进一步地，所述馈线的两个端口通过同轴线内导体穿过第一介质层与接地板上的左旋端口和右旋端口连接。
进一步地，所述开槽板由两块正方形板按照一上一下相对旋转45°叠放构成，过两个正方形的中心点开设有若干条缝隙。
优选地，所述开槽板的同一正方形板的四角设置导角(通过截角形成)。两个正方形叠放能够实现更好的辐射效果，导角能够实现更好的圆极化效果。
在本发明的以上技术方案中，缝隙与馈线之间的对应关系可以用变压器的模型来等效，其匝数比为nf，缝隙与微带枝节之间的对应唯一的匝数比nf。优选地，所述馈线的圆上枝节为8个，馈线圆以外与馈线端口之间设置两个枝节；所述开槽板上的缝隙为四道，四道缝隙同时过两个正方形的中心；且交叉呈“米”子形；所述开槽板与馈线的叠放位置满足，使每道缝隙两端分别覆盖在馈线圆的两个枝节上，且馈线圆的圆心以及辐射贴片的圆心在同一垂线上。
本发明技术方案中，不同的频率要求对应不同的圆形辐射贴片尺寸，辐射贴片的半径根据所需频率选择，在实际中可以根据本领域经典公式结合参数扫描优化方法来确定，一般来说，频率越高，半径越小。同时圆形辐射贴片的尺寸也会影响隔离度，在其他尺寸不变的情况下，随着辐射贴片的半径增大，隔离度增大同时会向低频移动，因此实际中需要根据设计需求选择最合适的圆形辐射贴片的半径。开槽板的缝隙的大小与馈线对应匹配，以实现较高性能的圆极化辐射。每一段枝节的长度为波长除以枝节的总数量，波长根据所需要的工作频率确定；枝节的宽度调整到阻抗匹配时即可。
进一步地，所述辐射贴片为金属圆形贴片，第一介质层和第二介质层采用罗杰斯RO4350材质，第三介质层采用罗杰斯RO5880材质；所述第一介质层、第二介质层、第三介质层为大小相同的正方形。
进一步地，所述接地板的大小小于介质层上开设的金属化通孔形成的矩形框的大小。接地板的尺寸大小限制在金属化通孔的内部，使相邻单元之间的接地板互不连通，从而减小组阵时相邻单元之间的耦合。
进一步地，所述双圆极化缝隙耦合天线单元的顺序旋转布阵的方式是：将单元天线依次旋转90°，旋转后按照阵列布置，组成2×2阵列的子阵列，再将子阵整体依次旋转90°，得到4×4的阵列，再次将4×4阵列顺序旋转90°得到8×8阵列，同时对旋转的单元进行相位补偿；单元天线之间的间隔为λ/2，4×4阵列之间间隔为λ/2，λ为坡长。这种布阵方式可以实现更高的轴比。
本申请说明书中，所述金属化通孔是指贯穿三个介质层的通孔的孔壁镀覆金属的孔，从而把三层连接起来。
本发明所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，包括缝隙耦合馈电结构、圆形辐射微带贴片天线、互耦隔离双圆极化阵列天线。所述天线单元的整体结构采用缝隙耦合馈电的微带天线形式，由馈线通过与开槽板中缝隙的耦合，缝隙等效为电流源和磁流源，进一步耦合到上表面的辐射贴片，通过辐射贴片将能量辐射出去。
针对阵列增益、轴比、带宽、单元间的隔离度和大角度扫描等特性，本发明依托NSGA-Ⅱ多目标优化算法，进行天线阵列幅值相位馈电的优化。
根据本发明的技术方案可设计两副双圆极化阵列天线对应发射和接收频段，可收发K/Ka两个频段的电磁波。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述双极化平面阵列天线可收发K/Ka两个频段的电磁波，与其他波段相比，Ka波段所受到的干扰更轻，这有利于通信系统的稳定运行。
2.本发明所述双极化平面阵列天线馈线的两个端口成对角布置，且通过金属化通孔的设置使相邻单元之间的接地板互不连通，从而减小组阵时相邻单元之间的耦合，极化隔离度很高，在接收和发射频段的范围内均小于-15dB，可以实现双圆极化阵列天线(左右)两种不同的圆极化方式。
3.本发明所述双极化平面阵列天线馈线，馈线的两个端口位于同层，天线结构整体尺寸小，具有低剖面特性，整体剖面高度小于0.2λ能够灵活用于各种应用场合，适用性强。
4.本发明所述双圆极化缝隙耦合天线单元具有宽波束特性，能够在高频段下实现阵列天线圆锥形±60°的波束扫描，且能够在收发两个频段和圆锥形±60°的波束扫描范围内达到高增益和低轴比要求，同时在宽频带范围内具有较高的极化隔离度。
附图说明
图1为本发明所述双极化平面阵列天线的双圆极化缝隙耦合天线单元的结构示意图，(a)俯视图，(b)剖面图，(c)馈线，(d)开槽板，(e)辐射贴片(f)8×8阵列天线示意图。(a)图中的W为介质板两侧金属通孔的距离；(b)图中的h1、h2、h3分别为第一层介质板，第二层介质板，第三层介质板的厚度；(c)图中的w1、w2、w3、w4分别为对应馈线枝节的宽度，r1为馈线环的半径，wx1、wx2为馈线圆与馈线端口之间两个枝节的宽度；(d)图中的l1、l2、l3、l4分别为四条开槽缝隙的长度，ws为方形开槽板的边长，wp为方形开槽板切角的宽度；(e)图中的rp为辐射贴片的半径。
图2为本发明所述双极化平面阵列天线的馈线结构示意图，(a)馈线结构(b)等效电路。(b)图中的Zin为天线的输入阻抗，Zw1′、Zw2′、Zw3′、Zw4′为馈线环中的四段枝节的特性阻抗，Zwx1、Zwx2为馈线圆以外与馈线端口之间两个枝节的特性阻抗。
图3为辐射贴片辐射右旋圆极化波时在29GHz时的电流矢量分布。
图4为未互耦隔离的天线单元结构(a)以及29GHz的电场分布(b)。
图5为互耦隔离的天线单元结构(a)以及29GHz的电场分布(b)。
图6为天线单元右旋圆极化的仿真结果，(a)S参数，(b)轴比，(c)可实现增益。
图7为天线单元左旋圆极化的仿真结果，(a)S参数(b)轴比(c)可实现增益
图8为天线阵列右旋圆极化时的轴比和增益，(a)Phi＝0°，(b)Phi＝45°，(c)Phi＝90°
图9为天线阵列左旋圆极化时的轴比和增益，(a)Phi＝0°，(b)Phi＝45°，(c)Phi＝90°。
图10为NSGA-Ⅱ算法流程图。
图中，1-第一介质层，2-第二介质层，3-第三介质层，4-馈线，5-开槽板，6-辐射贴片，7-接地板，8-S11，9-S12，10-S12，11-S22。
具体实施方式
下面结合本发明实施例以及附图，对本发明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，这里仅列举发射天线。
实施例1
本实施例所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，如图1所示，由若干双圆极化缝隙耦合天线单元按照顺序旋转布阵的方式陈列布置构成。所述双圆极化缝隙耦合天线单元由第一介质层1、第二介质层2、第三介质层3、馈线4、开槽板5、辐射贴片6和接地板7组成；所述第一介质层1的上表面从下到上顺次覆盖有馈线4、第二介质层2、开槽板5、第三介质层3、辐射贴片6；所述馈线、开槽板和辐射贴片的位置上下对应；所述馈线社设置有多个宽度不一的枝节交替排列，馈线两端为两个馈电端口，所述开槽板上开设有若干缝隙，所述馈线的枝节与缝隙一一对应耦合；所述第一介质层、第二介质层、第三介质层的边缘沿介质层的周向开设同时贯穿三个介质层的金属化通孔。
所述馈线主体部分为开口的圆形，馈线的两个端口位于圆的外侧，且在圆的两侧对称分布，从而提高端口隔离度；圆以外至端口之间的馈线设置有用于与端口机械阻抗的匹配的枝节约。所述馈线上的两个端口、枝节分布根据过馈线圆的开口和其圆心的直线对称。
所述开槽板由两块正方形板按照一上一下相对旋转45°叠放压合构成，过两个正方形的中心点开设有若干条缝隙。开槽板的同一正方形板的四角设置导角(通过截角形成)。两个正方形叠放能够实现更好的辐射效果，导角能够实现更好的圆极化效果。
缝隙与馈线之间的对应关系可以用变压器的模型来等效，其匝数比为nf，缝隙与微带枝节之间的对应唯一的匝数比nf。优选地，所述馈线的圆上枝节为8个，馈线圆以外与馈线端口之间设置两个枝节。开槽板上的缝隙为四道，四道缝隙同时过两个正方形的中心点且交叉呈“米”子形。开槽板与馈线的叠放位置满足，使每道缝隙两端分别覆盖在馈线圆的两个枝节上，馈线通过缝隙向上辐射能量；并且开槽板的缝隙交叉的中心点，馈线圆的圆心以及辐射贴片的圆心在同一垂线上。
所述馈线两个端口通过同轴线内导体穿过第一介质层与接地板上的左旋端口和右旋端口连接。所述接地板的大小小于介质层上开设的金属话通孔形成的矩形框的大小。接地板的尺寸大小限制在金属化通孔的内部，使相邻单元之间的接地板互不连通，从而减小组阵时相邻单元之间的耦合。
所述双圆极化缝隙耦合天线单元的顺序旋转布阵的方式是：将单元天线依次旋转90°，旋转后按照阵列布置，组成2×2阵列的子阵列，再将子阵整体依次旋转90°，得到4×4的阵列，再次将4×4阵列顺序旋转90°得到8×8阵列，同时对旋转的单元进行相位补偿；单元天线之间的间隔为λ/2，4×4阵列之间间隔为λ/2，λ为坡长。这种布阵方式可以实现更高的轴比。
不同的频率要求对应不同的圆形辐射贴片尺寸，辐射贴片的半径根据所需频率选择，在实际中可以根据本领域经典公式结合参数扫描优化方法来确定，一般来说，频率越高，半径越小。同时圆形辐射贴片的尺寸也会影响隔离度，在其他尺寸不变的情况下，随着辐射贴片的半径增大，隔离度增大同时会向低频移动，因此实际中需要根据设计需求选择最合适的圆形辐射贴片的半径。每一段枝节的长度为波长除以枝节的总数量，波长根据所需要的工作频率确定；枝节的宽度调整到阻抗匹配时即可。开槽板的缝隙的大小与馈线对应匹配，同时实现较高性能的圆极化辐射。
实施例公开了一种高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，包括缝隙耦合馈电结构、圆形辐射微带贴片天线、互耦隔离双圆极化阵列天线。所述天线单元的整体结构采用缝隙耦合馈电的微带天线形式，由馈线通过与开槽板中缝隙的耦合，缝隙等效为电流源和磁流源，进一步耦合到上表面的辐射贴片，通过辐射贴片将能量辐射出去。开槽板上有四条矩形缝隙，馈线依次通过缝隙进行耦合。馈线中心的圆环的周长设计为中心频率波长的一倍，能量通过馈线耦合到矩形缝隙处时，相邻的矩形缝隙之间相位和空间位置相差均为45°，馈线依次通过七个缝隙，提升了圆极化波相位上的纯度。通过调整矩形缝隙的形状尺寸，将每个缝隙耦合点耦合的能量大小基本一致，保证了合成圆极化波各个分量幅度的一致。所述辐射贴片设计为圆形贴片，能够更好地辐射圆极化波。为了减小组阵过程中单元之间互耦的影响，在天线单元的周围设置了一圈金属化通孔，贯穿三层介质层。通孔排的边长W为5mm，为工作频率波长的一半，符合组阵时不出现栅瓣的条件。
天线馈电结构分为了多个枝节，在靠近端口一侧的枝节设计是为了与端口的50欧姆进行匹配，在中心圆环处的枝节设计是为了与开槽板中的缝隙进行耦合。在圆环和末端中间的枝节采用了阶梯阻抗匹配设计，最大程度地实现阻抗匹配。馈线中间圆环的枝节每段相对应的电长度为45°，每段枝节与缝隙进行耦合，通过调整枝节的宽带改变枝节的阻抗，可以实现较宽的阻抗带宽特性。
如图2所示，为馈线的结构与等效电路图。由于馈线的左右旋端口相互对称，因此图中只画出半个等效电路。馈线环中的四段枝节的特性阻抗分别为Zwi(i＝1～4)，每段枝节与开槽板中的缝隙相互耦合，缝隙又与辐射贴片相互耦合，此时枝节由于相互耦合的影响，等效的特性阻抗会发生变化，变为Zwi′(i＝1～4)。端口与四段枝节之间有两段特性阻抗为Zwx1和Zwx1的枝节。通过调节各枝节尺寸达到等效阻抗，能够实现较好的匹配。
针对阵列增益、轴比、带宽、单元间的隔离度和大角度扫描等特性，本发明依托NSGA-Ⅱ多目标优化算法，进行了天线阵列幅值相位馈电的优化。NSGA-Ⅱ算法是一种带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法。利用每个优化算法中每个个体的幅值相位信息生成HFSS可执行的VBS脚本文件，HFSS运算后返回目标函数值，实现了MATLAB与HFSS的联合仿真。方法如下，流程图见图10。
步骤1：个体每个单元的幅值相位参数初始化和适应度评价。算法的目标函数值为个体对应的轴比和增益，根据目标函数值评价每个个体初始值的适应值。
步骤2：根据每个个体的轴比和增益特性进行快速非支配排序以及拥挤距离计算。
步骤3：利用二元锦标赛选择出NP个双亲个体。每次从NP个个体中随机选取两个个体，先比较它们的等级序号，等级更低的获胜(等级更低的个体说明轴比更低的同时增益更高)；如果它们的等级相同，再比较各自的拥挤距离大小，拥挤距离更大的个体获胜(拥挤距离更大，说明个体周围的解的数量越小，保留拥挤距离更大的个体有利于保持解空间的多样性)。重复步骤NP次，获得NP个双亲个体。
步骤4：通过模拟二进制交叉和多项式变异生成NP个子代个体。
步骤5：将NP个双亲个体和步骤4产生的子代个体组合成混合种群，根据个体的轴比和增益的目标函数值进行快速非支配排序以及拥挤距离计算。
步骤6：执行精英保留策略：从混合种群保留前NP个具有更低等级序号和更大拥挤距离的子代个体作为新的父代，迭代次数k＝k+1。
步骤7：如果k＝NG，执行步骤8；否则，返回步骤3。
步骤8：根据NP个新生子代个体的适应值绘制Pareto最优前沿图(X轴增益，Y轴轴比)。NP个新生子代即为Pareto最优解集。
在微波暗室的试验环境中，基于大角度扫描阵列算法，对于天线阵列实物在不同扫描角度下的隔离度、增益、轴比等指标进行试验；分析实物与仿真模型的加工误差、试验环境等因素对指标结果的影响，调整优化天线单元和阵列的结构参数，形成达到预期指标的天线阵列实物。
为了了解天线单元辐射圆极化波的机理，只对右旋端口进行馈电时，对上表面的辐射贴片在29GHz时的电流分布进行分析。如图3所示为天线单元在29GHz处只有右旋端口馈电时的电流矢量分布，电流在t＝0时刻的方向沿-x轴方向，经过T/4时刻，电流方向沿-y轴，在t＝T/2时刻，电流方向沿+x轴，在t＝3T/4时刻，电流方向沿+y轴方向。可以看出，电流方向在一个周期内逆时针旋转，因此天线单元辐射的波为右旋圆极化波。左旋圆极化波的辐射原理与右旋形式相似，只是旋向相反。
图4为未加互耦隔离结构的两个相邻天线单元，天线单元周围未加金属化通孔，同时相互之间的接地板相连。图4(a)为天线单元结构，只有在图中标红的端口处进行馈电，其余三个端口均未馈电。从图4(b)可以看出，左边单元辐射贴片的电磁波对右边的辐射贴片的互耦影响较强，表面产生了比较强的电场。
图5为加入互耦隔离结构的两个相邻天线单元，天线单元周围加了金属化通孔，同时相互之间的接地板相互隔离。图5(a)为天线单元结构，只有在图中标红的端口处进行馈电，其余三个端口均未馈电。从图5(b)可以看出，加入了金属化通孔并隔离的接地板之后，左边辐射贴片对于右边的贴片的影响明显降低，说明天线单元采用金属化通孔隔离结构有降低互耦的作用。
本实施例中，第一介质层和第二介质层采用罗杰斯RO4350板材，相对介电常数为3.66，损耗角正切为0.004，两介质层的厚度均为0.254mm。第三介质层采用罗杰斯RO5880板材，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，第三介质层的厚度为0.254mm。辐射贴片由一块金属圆形贴片构成。天线单元的四周有一圈金属化通孔，同时接地板的尺寸大小限制在金属化通孔的内部，因此相邻单元之间的接地板互不连通，可以减小组阵时相邻单元之间的耦合。天线单元的总体高度为0.762mm，剖面高度很低。发射天线具体设计参数如表1所示。
表1发射天线单元结构的具体参数(单位：mm)
如图6所示，仅对天线单元右旋端口进行馈电的仿真结果表明天线单元的工作频率为27.5GHz～31GHz，天线的S11性能在工作频率内，基本都小于-10dB。天线两个端口之间的隔离度S21参数在工作频段也基本均小于-15dB，表明天线的能量较小进入到另一个端口，大部分能量在单元内部损耗或者通过辐射贴辐射到自由空间中。单元在高频29.5GHz～31GHz处的轴比小于3dB，而在27.5GHz～29GHz处的轴比也在6dB以下。低频处轴比特性可以通过组阵时的顺序旋转布阵技术来提升。天线单元在最大辐射方向处的右旋圆极化可实现增益特性，可以看出，单元随着频率的增加，可实现增益略有提升，单元在30GHz处达到最大增益5.50dBi，平均增益为5.32dBi。
如图7所示，天线单元只对左旋端口进行馈电时左旋和右旋圆极化的结果基本一致，符合天线单元对称结构的设计。辐射左旋圆极化波时，单元在30GHz处达到最大增益5.51dBi，平均增益为5.34dBi。
如图8所示，为8×8天线阵列在产生右旋圆极化波时的轴比和增益仿真结果图，扫描角度从-40°到40°。从图可以看出，天线阵列的轴比在Phi＝0°、45°、90°三个平面内，在工作频段范围内，除了在29.5GHz的±40°扫描角度处的轴比略微比3dB大，其余的-40°至40°范围内轴比基本均小于3dB。天线阵列在Phi＝45°时的右旋圆极化相对于Phi＝0°和90°平面特性更好，轴比更低。天线阵列的可实现增益总体上随着频率的增加而增大，在29.5GHz扫描到±30°时，增益会降低，尤其是在扫描到更大的角度的时候，可能是由于阵列中天线单元之间的互耦影响所导致的。不扫描时天线阵列的平均最大可实现增益为21.89dBi，各个平面内扫描到±40°时的平均增益约为20.28dBi，下降约1.61dBi。
如图9所示为8×8天线阵列在产生左旋圆极化波时的轴比和增益仿真结果图，扫描角度从-40°到40°。和右旋圆极化波相似，天线阵列的轴比基本都小于3dB，Phi＝45°时的轴比相对于其他两个平面性能更好。天线阵列的可实现增益基本随着频率增加而增大。不扫描时，天线阵列的平均最大可实现增益为22.03dBi，各个平面内扫描到±40°时的平均增益为20.41dBi，下降约1.62dBi。
Claims (10)
1.一种高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，由若干双圆极化缝隙耦合天线单元按照顺序旋转布阵的方式陈列布置构成，所述双圆极化缝隙耦合天线单元包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、馈线、开槽板、辐射贴片和接底板；所述第一介质层上表面从下到上顺次覆盖有馈线、第二介质层、开槽板、第三介质层、辐射贴片；所述馈线、开槽板和辐射贴片的位置上下对应重合；所述馈线由多个宽度不一的枝节交替排列而成，馈线两端为两个馈电端口，所述开槽板上开设有若干缝隙，所述馈线的枝节与缝隙一一对应耦合；所述第一介质层、第二介质层、第三介质层的边缘沿介质层的周向开设同时贯穿三个介质层的金属化通孔。
2.根据权利要求1所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述馈线为开口的圆形，馈线的两个端口位于圆的外侧，且在圆的两侧对称分布，从而提高端口隔离度；圆以外至端口之间的馈线设置有用于与端口进行阻抗的匹配的枝节。
3.根据权利要求2所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述馈线上的两个端口、枝节分布根据过馈线圆的开口和圆心的直线对称。
4.根据权利要求1所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述馈线的两个端口通过同轴线内导体穿过第一介质层与接地板上的左旋端口和右旋端口连接。
5.根据权利要求1所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述开槽板由两块正方形板按照一上一下相对旋转45°叠放构成，过两个正方形的中心点开设有若干条缝隙。
6.根据权利要求5所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述开槽板的同一正方形板的四角设置导角。
7.根据权利要求1所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述馈线的圆上枝节为8个，馈线圆以外与馈线端口之间设置两个枝节；所述开槽板上的缝隙为四道，四道缝隙同时过两个正方形的中心；且交叉呈“米”子形；所述开槽板与馈线的叠放位置满足，使每道缝隙两端分别覆盖在馈线圆的两个枝节上，且馈线圆的圆心以及辐射贴片的圆心在同一垂线上。
8.根据权利要求7所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述双圆极化缝隙耦合天线单元的顺序旋转布阵的方式是：将单元天线依次旋转90°，旋转后按照阵列布置，组成2×2阵列的子阵列，再将子阵整体依次旋转旋转90°，得到4×4的阵列，再次将4×4阵列顺序旋转90°得到8×8阵列，同时对旋转的单元进行相位补偿；单元天线之间的间隔为λ/2，4×4阵列之间间隔为λ/2，λ为坡长。这种布阵方式可以实现更高的轴比。
9.根据权利要求1所述所述高增益宽带低剖面双极化平面阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片为金属圆形贴片，第一介质层和第二介质层采用罗杰斯RO4350材质，第三介质层采用罗杰斯RO5880材质；所述第一介质层、第二介质层、第三介质层为大小相同的正方形；所述接地板的大小小于介质层上开设的金属化通孔形成的矩形框的大小。
10.基于NSGA-Ⅱ算法的高增益宽带双极化平面阵列天线优化方法，其特征在于，针对阵列增益、轴比、带宽、单元间的隔离度和大角度扫描等特性，利用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对权利要求1～9中任一权利要求所述双极化平面阵列天线进行天线阵列幅值相位馈电的优化。
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