本發(fā)明涉及一種低剖面高效率雙極化平板天線，可作為雙極化反射面的饋源或雙極化天線陣列的組陣單元，屬于平板天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前對(duì)于同時(shí)雙極化天線的需求越來越多。比較常見的雙極化天線包括雙極化微帶陣列天線、雙極化波導(dǎo)陣天線等。微帶天線由于其剖面底、體積小、易于和載體共形的特點(diǎn)，已獲得了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用的需要，已研制出多種線極化、圓極化、雙極化及多極化的結(jié)構(gòu)形式，但是由于介質(zhì)損耗的緣故，高增益的大型微帶陣列的效率總是很低，如eswarappachannabasappa的專利“multi-polarizationplanarantenna,us7,486,239b1”，不僅帶寬窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于大型陣列時(shí)效率也會(huì)很低。

對(duì)于雙極化波導(dǎo)陣天線，起初人們?cè)诓▽?dǎo)縫隙陣天線的基礎(chǔ)上做工作，常規(guī)的波導(dǎo)縫隙陣中作為輻射元的縫隙其位置和取向是固定的，縫單元的輻射極化也因此而固定，所以一副波導(dǎo)縫隙天線通常只能提供一種極化。為了實(shí)現(xiàn)雙極化工作，通常采用兩種單極化波導(dǎo)縫隙天線組陣的形式，天線存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、口面利用效率低等缺點(diǎn)。后來出現(xiàn)了一種新的雙極化波導(dǎo)陣天線形式，是由多層腔體結(jié)構(gòu)組成，輻射單元的形式為正方形、或正多邊形、或圓形、或十字縫形。這類雙極化波導(dǎo)陣天線采用全金屬結(jié)構(gòu)，效率高，但是其分層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剖面高度高，不適用于空間有限的場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：相比于現(xiàn)有技術(shù)，提供了一種低剖面高效率雙極化平板天線，具有同時(shí)雙極化工作、剖面低、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于組陣和模具化批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種低剖面高效率雙極化平板天線，包括：輻射縫隙、耦合波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)、水平極化饋電結(jié)構(gòu)和垂直極化饋電結(jié)構(gòu)；其中，所述耦合波導(dǎo)與所述激勵(lì)波導(dǎo)相連接；所述水平極化饋電結(jié)構(gòu)與所述激勵(lì)波導(dǎo)的一側(cè)相連接；所述垂直極化饋電結(jié)構(gòu)與所述激勵(lì)波導(dǎo)的另一側(cè)相連接，其中，所述垂直極化饋電結(jié)構(gòu)的軸線與所述水平極化饋電結(jié)構(gòu)的軸線垂直；所述耦合波導(dǎo)的上表面的每個(gè)對(duì)角線上開設(shè)有兩個(gè)輻射縫隙，兩個(gè)輻射縫隙關(guān)于該對(duì)角線中心對(duì)稱。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，所述水平極化饋電結(jié)構(gòu)包括水平微帶饋電探針和水平矩形波導(dǎo)；其中，所述水平矩形波導(dǎo)與所述激勵(lì)波導(dǎo)的一側(cè)相連接；所述水平微帶饋電探針插入所述水平矩形波導(dǎo)內(nèi)，所述水平微帶饋電探針的軸線與所述水平矩形波導(dǎo)的軸線重合，所述水平微帶饋電探針的一端伸入所述激勵(lì)波導(dǎo)內(nèi)。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，所述垂直極化饋電結(jié)構(gòu)包括垂直微帶饋電探針和垂直矩形波導(dǎo)；其中，所述垂直矩形波導(dǎo)與所述激勵(lì)波導(dǎo)的另一側(cè)相連接；所述垂直微帶饋電探針插入所述垂直矩形波導(dǎo)內(nèi)，所述垂直微帶饋電探針的軸線與所述垂直矩形波導(dǎo)的軸線重合，所述垂直微帶饋電探針的一端伸入所述激勵(lì)波導(dǎo)內(nèi)。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，所述激勵(lì)波導(dǎo)的軸線與所述耦合波導(dǎo)的軸線重合；所述水平極化饋電結(jié)構(gòu)的軸線與所述耦合波導(dǎo)的上表面的其中一個(gè)對(duì)角線平行，與另一個(gè)對(duì)角線垂直。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，所述激勵(lì)波導(dǎo)的軸線與所述耦合波導(dǎo)的軸線重合；所述水平極化饋電結(jié)構(gòu)的軸線與所述耦合波導(dǎo)的上表面的兩個(gè)對(duì)角線的夾角的其中一個(gè)平分線平行。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，每個(gè)輻射縫隙的中心與所述耦合波導(dǎo)的上表面的相對(duì)應(yīng)的1/2對(duì)角線的中心相重合。

上述低剖面高效率雙極化平板天線中，所述耦合波導(dǎo)為長(zhǎng)方體，所述激勵(lì)波導(dǎo)為長(zhǎng)方體，所述耦合波導(dǎo)的下表面大于所述激勵(lì)波導(dǎo)的上表面。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明突破了傳統(tǒng)雙極化輻射單元的形式：正方形、或正多邊形、或圓形、或十字縫形，顛覆了傳統(tǒng)縫隙輻射固定極化的概念，創(chuàng)新了雙極化平板天線形式，在耦合波導(dǎo)腔的短路面上沿對(duì)角線開了4個(gè)輻射縫隙，當(dāng)天線輻射或接受水平極化波時(shí)，在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，當(dāng)天線輻射或接受垂直極化波時(shí)在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，從而在保證雙極化工作的前提下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

(2)本發(fā)明在激勵(lì)結(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)之間引入耦合波導(dǎo)腔起到阻抗匹配作用，同時(shí)耦合波導(dǎo)腔的高度不大于0.2λ，保證了天線整體的低剖面設(shè)計(jì)；

(3)本發(fā)明引入了極化饋電結(jié)構(gòu)，它由矩形波導(dǎo)和嵌在波導(dǎo)內(nèi)部的微帶饋電探針組成，這種饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與同頻率的波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)相比尺寸小，與微帶線傳輸結(jié)構(gòu)相比損耗低，兼有波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)和微帶線傳輸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-1是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的俯視圖；

圖2(b)是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的另一俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-1是本發(fā)明的低剖面高效率雙極化平板天線的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖1-1，該低剖面高效率雙極化平板天線包括：輻射縫隙1、耦合波導(dǎo)2、激勵(lì)波導(dǎo)3、水平極化饋電結(jié)構(gòu)410和垂直極化饋電結(jié)構(gòu)420；其中，

耦合波導(dǎo)2與激勵(lì)波導(dǎo)3相連接。具體的，耦合波導(dǎo)2的殼體為金屬材料，激勵(lì)波導(dǎo)3的殼體為金屬材料。

水平極化饋電結(jié)構(gòu)410與激勵(lì)波導(dǎo)3的一側(cè)相連接；

垂直極化饋電結(jié)構(gòu)420與激勵(lì)波導(dǎo)3的另一側(cè)相連接，其中，垂直極化饋電結(jié)構(gòu)420的軸線與水平極化饋電結(jié)構(gòu)410的軸線垂直；

耦合波導(dǎo)2的上表面的每個(gè)對(duì)角線上開設(shè)有兩個(gè)輻射縫隙1，兩個(gè)輻射縫隙1關(guān)于該對(duì)角線中心對(duì)稱。

垂直極化饋電結(jié)構(gòu)420和水平極化饋電結(jié)構(gòu)410會(huì)在激勵(lì)波導(dǎo)3中激勵(lì)出te10模電磁波和te01模電磁波，分別對(duì)應(yīng)著垂直極化信號(hào)和水平極化信號(hào)。由于激勵(lì)波導(dǎo)3和耦合波導(dǎo)2之間有截面突變，因此電磁波從激勵(lì)波導(dǎo)3傳輸?shù)今詈喜▽?dǎo)2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高次模。由高次模的激勵(lì)原理可知，耦合波導(dǎo)2的腔中將會(huì)存在高次模temn，m、n的奇、偶特性和激勵(lì)波導(dǎo)3中的模式一樣。此時(shí)傳輸電磁波仍保留著在激勵(lì)波導(dǎo)3中的極化特性，經(jīng)過輻射縫隙1輻射到自由空間。單個(gè)輻射縫隙1輻射電磁波的極化方向與縫隙寬度方向一致，但是4個(gè)輻射縫隙一起工作，某些方向的場(chǎng)會(huì)增強(qiáng)而某些方向的場(chǎng)會(huì)被抵消，因此最終輻射到自由空間的電磁波極化方向仍與激勵(lì)之初的電磁波極化方向保持一致。

本實(shí)施例突破了傳統(tǒng)雙極化輻射單元的形式：正方形、或正多邊形、或圓形、或十字縫形，顛覆了傳統(tǒng)縫隙輻射固定極化的概念，創(chuàng)新了雙極化平板天線形式，在耦合波導(dǎo)腔的短路面上沿對(duì)角線開了4個(gè)輻射縫隙，當(dāng)天線輻射或接受水平極化波時(shí)，在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，當(dāng)天線輻射或接受垂直極化波時(shí)在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，從而在保證雙極化工作的前提下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

上述實(shí)施例中，如圖1和圖1-1所示，水平極化饋電結(jié)構(gòu)410包括水平微帶饋電探針411和水平矩形波導(dǎo)412；其中，

水平矩形波導(dǎo)412與激勵(lì)波導(dǎo)3的一側(cè)相連接；

水平微帶饋電探針411插入水平矩形波導(dǎo)412內(nèi)，水平微帶饋電探針411的軸線與水平矩形波導(dǎo)412的軸線重合，水平微帶饋電探針411的一端伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)。

上述實(shí)施例中，如圖1和圖1-1所示，垂直極化饋電結(jié)構(gòu)420包括垂直微帶饋電探針421和垂直矩形波導(dǎo)422；其中，

垂直矩形波導(dǎo)422與激勵(lì)波導(dǎo)3的另一側(cè)相連接；

垂直微帶饋電探針421插入垂直矩形波導(dǎo)422內(nèi)，垂直微帶饋電探針421的軸線與垂直矩形波導(dǎo)422的軸線重合，垂直微帶饋電探針421的一端伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)。

具體的，水平微帶饋電探針411插入水平矩形波導(dǎo)412內(nèi)，水平微帶饋電探針411的軸線與水平矩形波導(dǎo)412的軸線重合，水平微帶饋電探針411的一端伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)，水平微帶饋電探針411的另一端與水平矩形波導(dǎo)412的最外端面持平。水平微帶饋電探針411與水平矩形波導(dǎo)412結(jié)合成同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳輸電磁波信號(hào)。垂直微帶饋電探針421插入垂直矩形波導(dǎo)422內(nèi)，垂直微帶饋電探針421的軸線與垂直矩形波導(dǎo)422的軸線重合，垂直微帶饋電探針421的一端伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)，垂直微帶饋電探針421的另一端與垂直矩形波導(dǎo)422的最外端面持平。

在激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)部，水平微帶饋電探針411與垂直微帶饋電探針421伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)部激勵(lì)起電磁波，電磁波然后通過激勵(lì)波導(dǎo)3傳輸?shù)今詈喜▽?dǎo)腔2，最終通過輻射縫1隙輻射到自由空間。水平微帶饋電探針411與垂直微帶饋電探針421伸入激勵(lì)波導(dǎo)3內(nèi)部位置相互正交，分別激勵(lì)出te10模和te01模，分別對(duì)應(yīng)水平線極化電磁信號(hào)和垂直線極化電磁信號(hào)。水平微帶饋電探針411與垂直微帶饋電探針421錯(cuò)開一定的高度以保證對(duì)應(yīng)的水平矩形波導(dǎo)412和垂直矩形波導(dǎo)422有一定的壁厚，或者公共壁厚1mm即可。

上述實(shí)施例中，激勵(lì)波導(dǎo)3的軸線與耦合波導(dǎo)2的軸線重合；水平極化饋電結(jié)構(gòu)410的軸線與耦合波導(dǎo)2的上表面的其中一個(gè)對(duì)角線平行，與另一個(gè)對(duì)角線垂直。上述描述的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的為圖1所示的結(jié)構(gòu)，與圖1相對(duì)應(yīng)的俯視圖為圖2(a)所示，在圖2(a)中，電磁波信號(hào)從p1端口饋入，則天線的極化與p1旁箭頭所指方向一致，此時(shí)主要是與箭頭垂直方向的兩個(gè)縫隙工作；若電磁波信號(hào)從p2端口饋入，則天線的極化與p2旁箭頭所指方向一致，此時(shí)也是與箭頭垂直方向的兩個(gè)縫隙工作。

上述實(shí)施例中，激勵(lì)波導(dǎo)3的軸線與耦合波導(dǎo)2的軸線重合；水平極化饋電結(jié)構(gòu)410的軸線與耦合波導(dǎo)2的上表面的兩個(gè)對(duì)角線的夾角的其中一個(gè)平分線平行。上述描述的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的為圖1-1所示的結(jié)構(gòu)，與圖1-1相對(duì)應(yīng)的俯視圖為圖2(b)所示，在圖2(b)中，電磁波信號(hào)從p1’端口饋入，則天線的極化與p1’旁箭頭所指方向一致，此時(shí)四個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作；若電磁波信號(hào)從p2’端口饋入，則天線的極化與p2’旁箭頭所指方向一致，此時(shí)四個(gè)輻射縫隙也同時(shí)工作。

上述實(shí)施例中，4個(gè)輻射縫隙1的相對(duì)位置如圖2(a)和圖2(b)所示。4個(gè)輻射縫隙尺寸相同，位置關(guān)于耦合波導(dǎo)腔2中心對(duì)稱，每個(gè)輻射縫隙1的中心與耦合波導(dǎo)2的上表面的相對(duì)應(yīng)的1/2對(duì)角線的中心相重合。這樣的結(jié)構(gòu)保證4個(gè)輻射縫隙激勵(lì)為等幅同相。兩相鄰輻射縫隙中心之間的距離小于一個(gè)最高頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。耦合波導(dǎo)腔的截面尺寸主要由兩個(gè)相鄰縫隙中心間距和縫隙尺寸決定。適當(dāng)調(diào)節(jié)耦合波導(dǎo)腔的高度以實(shí)現(xiàn)良好匹配。耦合波導(dǎo)腔的高度一般很低，不大于0.2λ，λ為本實(shí)施例的天線在自由空間的工作波長(zhǎng)，對(duì)天線整體高度的增加貢獻(xiàn)不大，保證了天線整體的低剖面設(shè)計(jì)。本實(shí)施例通過在激勵(lì)結(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)之間引入耦合波導(dǎo)腔起到阻抗匹配作用。

上述實(shí)施例中，耦合波導(dǎo)2是一種多模方波導(dǎo)，激勵(lì)波導(dǎo)3是一種方波導(dǎo)，耦合波導(dǎo)2的下表面大于激勵(lì)波導(dǎo)3的上表面，從而使得激勵(lì)波導(dǎo)3和耦合波導(dǎo)2之間有截面突變，從而使得te10模和te01模從激勵(lì)波導(dǎo)3傳輸?shù)降今詈喜▽?dǎo)2會(huì)產(chǎn)生高次模。

本發(fā)明突破了傳統(tǒng)雙極化輻射單元的形式：正方形、或正多邊形、或圓形、或十字縫形，顛覆了傳統(tǒng)縫隙輻射固定極化的概念，創(chuàng)新了雙極化平板天線形式，在耦合波導(dǎo)腔的短路面上沿對(duì)角線開了4個(gè)輻射縫隙，當(dāng)天線輻射或接受水平極化波時(shí)，在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，當(dāng)天線輻射或接受垂直極化波時(shí)在一條對(duì)角線上的2個(gè)輻射縫隙工作或4個(gè)輻射縫隙同時(shí)工作，從而在保證雙極化工作的前提下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；并且本發(fā)明在激勵(lì)結(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)之間引入耦合波導(dǎo)腔起到阻抗匹配作用，同時(shí)耦合波導(dǎo)腔的高度不大于0.2λ，保證了天線整體的低剖面設(shè)計(jì)；并且本發(fā)明引入了極化饋電結(jié)構(gòu)，它由矩形波導(dǎo)和嵌在波導(dǎo)內(nèi)部的微帶饋電探針組成，這種饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與同頻率的波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)相比尺寸小，與微帶線傳輸結(jié)構(gòu)相比損耗低，兼有波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)和微帶線傳輸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。