一种全金属宽带高增益双极化平板天线

1.本发明涉及双极化平板天线，尤其是涉及一种全金属宽带高增益双极化平板天线。


背景技术：

2.与使用两个分离的单极化天线相比，双极化天线能够节省无线通信系统的成本和空间。当前，双极化天线在无线通信系统中发挥着重要的作用。全金属双极化天线消除了介电损耗从而具有高增益和高增益的特性，因此在远程无线通信场景中需求很高，如高速率点对点无线通信、卫星通信等。
3.抛物线天线由于其低成本和结构简单的特性，是全金属双极化天线设计时的一种较为普遍的选择。但是，抛物线天线体积庞大，难以实现低剖面。公告号为cn106356640b的中国发明专利中公布了一种宽带双圆极化平板波导阵列天线，该天线包括从上往下依次层叠的辐射口径、谐振腔、馈电方波导、圆极化器、双极化馈电网络和标准波导过渡接口，其中心带宽较窄，仅为16％，天线效率约为60％，还有较大的提升空间。公开号为cn107871935a的中国专利申请中公布了一种双极化收发共用波导阵列天线，该天线从上往下依次为辐射波导喇叭、垂直极化波导馈电网络、水平极化波导馈电网络和正交模转化器，虽然该天线整体效率较高，但该天线工作带宽相对较窄。由此，上述宽带双圆极化平板波导阵列天线和双极化收发共用波导阵列天线这两种全金属双极化天线均难以实现宽带宽和高增益的兼容，综合性能仍有待提高。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现宽带宽和高增益的兼容，综合性能较高的全金属宽带高增益双极化平板天线。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种全金属宽带高增益双极化平板天线，包括辐射网络和馈电网络，所述的辐射网络包括m个第一cts辐射槽、m个第二cts辐射槽、m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导，m为大于等于2的偶数；将左右方向定义为x轴极化方向，前后方向定义为y轴极化方向；m个第一cts辐射槽用于将传输至其处的电磁波沿x轴极化方向辐射出去，m个第二cts辐射槽用于将传输至其处的电磁波沿y轴极化方向辐射出去，m/2个第一一分二功分器用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第一cts辐射槽处，m/2个第二一分二功分器用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第二cts辐射槽处，m/2个第一平行板波导用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第一一分二功分器处，m/2个第二平行板波导用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第二一分二功分器处；所述的馈电网络包含第一馈电单元、第二馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头；所述的第一馈电单元用于将传输至其处的
一路电磁波分为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第一同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第一平行板波导处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第二同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第一平行板波导处；所述的第二馈电单元用于将传输至其处的一路电磁波分为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第三同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第二平行板波导处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第四同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第二平行板波导处。
6.所述的全金属宽带高增益双极化平板天线还包括第一金属板、第二金属板、第三金属板和第四金属板，所述的第一金属板层叠设置在所述的第二金属板的上方，所述的第三金属板层叠在所述的第二金属板的下方，所述的第四金属板层叠在所述的第三金属板的下方；m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽分别设置在所述的第一金属板上，m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导分别设置在所述的第二金属板上；所述的第二馈电单元、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头分别设置在所述的第三金属板上，所述的第一馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头分别设置在所述的第四金属板上。
7.所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板均为矩形板，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的长度方向均沿x轴极化方向，宽度方向均沿y轴极化方向，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的前端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的后端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的左端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的右端面上下齐平。
8.m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽的结构和尺寸参数完全一致，m个第一cts辐射槽在x轴极化方向沿一行均匀间隔排列构成第一辐射结构，相邻两个第一cts辐射槽的中心间距为n，n的取值由所述的全金属宽带高增益双极化平板天线工作的频段决定，其优选值为λmin≤n≤λmax，λmin＝3
×
108/fh，λmax＝3
×
108/fl，式中，fh为所述的全金属宽带高增益双极化平板天线的最高工作频率，fl为所述的全金属宽带高增益双极化平板天线的最低工作频率，λmin为最高工作频率fh对应的自由空间波长，λmax为最低工作频率fl所对应的自由空间波长；m个第二cts辐射槽在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二辐射结构，相邻两个第二cts辐射槽的中心间距为n，m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽纵横交错相交，每个第二cts辐射槽均与m个第一cts辐射槽相交，每个第一cts辐射槽均与m个第二cts辐射槽相交，所述的第一辐射结构的中心和所述的第二辐射结构的中心重合，如果所述的第一辐射结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二辐射结构完全重合。
9.m/2个第一一分二功分器和m/2个第二一分二功分器的结构和尺寸参数完全一致，每个第一一分二功分器与每个第二一分二功分器均具有一个输入端口和两个输出端口，每个第一一分二功分器与每个第二一分二功分器的两个输出端口处均设置有扼流枝节；m/2个第一一分二功分器在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一m/2分m功分器结构，相邻两个第一一分二功分器的中心间距为2n，m/2个第二一分二功分器在y轴极化方向沿一列
均匀间隔排列构成第二m/2分m功分器结构，相邻两个第二一分二功分器的中心间距为2n；m/2个第一一分二功分器和m/2个第二一分二功分器纵横交错相交，每个第二一分二功分器均与m/2个第一一分二功分器相交，每个第一一分二功分器均与m/2个第二一分二功分器相交，所述的第一m/2分m功分器结构的中心和所述的第二m/2分m功分器结构的中心重合，如果所述的第一m/2分m功分器结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二m/2分m功分器结构完全重合；m/2个第一一分二功分器的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第一cts辐射槽一一对应连接，m/2个第二一分二功分器的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第二cts辐射槽一一对应连接。
10.m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导的结构和尺寸参数完全一致；每个第一平行板波导与每个第二平行板波导均具有一个输入端口和一个输出端口；m/2个第一平行板波导在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一平行板波导结构，相邻两个第一平行板波导的中心间距为2n，m/2个第二平行板波导在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二平行板波导结构，相邻两个第二平行板波导的中心间距为2n；m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导纵横交错相交，每个第二平行板波导均与m/2个第一平行板波导相交，每个第一平行板波导均与m/2个第二平行板波导相交；所述的第一平行板波导结构的中心和所述的第二平行板波导结构的中心重合，如果所述的第一平行板波导结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二平行板波导结构完全重合；m/2个第一平行板波导的输出端口与m/2个第一一分二功分器的输入端口一一对应连接，m/2个第二平行板波导的输出端口与m/2个第二一分二功分器的输入端口一一对应连接。
11.所述的第一馈电单元包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分m2/2功分器称为第一一分m2/2功分器，所述的第二馈电单元包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分m2/2功分器称为第二一分m2/2功分器，所述的第一一分m2/2功分器和所述的第二一分m2/2功分器均具有一个输入端口和m2/2个输出端口，m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头均具有一个输入端口和一个输出端口；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第一同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第二同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第二同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第三同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第三同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第四同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第四同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头的输入端口和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第二一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；m2/4个第三同轴转双脊波导转接头的输入端口和m2/4个第三同轴转双脊波导转接头的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第一一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；将m/2个第二平行板波导按照从前到后顺序依次称为第1个第二平行板波导至第m/2个第二平行板波导，将m2/4个第一同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第一同轴转双脊波导转接头至第m/2行第一同轴转双脊波导转
接头，每行第一同轴转双脊波导转接头包括m/2个第一同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输出端口，将m2/4个第二同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第二同轴转双脊波导转接头至第m/2行第二同轴转双脊波导转接头，每行第二同轴转双脊波导转接头包括m/2个第二同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第j行第一同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口和第j行第二同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口均与第j个第二平行板波导的输入端口连接，j＝1，2，
…
，m/2；将m/2个第一平行板波导按照从左到右顺序依次称为第1个第一平行板波导至第m/2个第一平行板波导，将m2/4个第三同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第三同轴转双脊波导转接头至第m/2列第三同轴转双脊波导转接头，每列第三同轴转双脊波导转接头包括m/2个第三同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输出端口，将m2/4个第四同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第四同轴转双脊波导转接头至第m/2列第四同轴转双脊波导转接头，每列第四同轴转双脊波导转接头包括m/2个第四同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第k列第三同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口和第k列第二同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口均与第k个第一平行板波导的输入端口连接，k＝1，2，
…
，m/2。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于通过m个第一cts辐射槽、m个第二cts辐射槽、m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导构成辐射网络，通过第一馈电单元、第二馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头构成馈电网络，当第一馈电单元馈入电磁波，第一馈电单元将馈入其内的电磁波进行功率分配，形成m2/2路电磁波通过其m2/2个输出端口一一对应输出至m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头，此时m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头将输入其处的电磁波对应输出至与其连接的第二平行板波导处，m/2个第二平行板波导将输入其内的电磁波一一对应输出至m/2个第二一分二功分器，m/2个第二一分二功分器将输入其处的电磁波进行功率分配，形成m路电磁波后一一对应输出至m个第二cts辐射槽处，通过m个第二cts辐射槽沿y轴极化方向辐射至自由空间，当第二馈电单元馈入电磁波，第二馈电单元将馈入其内的电磁波进行功率分配，形成m2/2路电磁波通过其m2/2个输出端口一一对应输出至m2/4个第一同轴转双脊波导转接头和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头，此时m2/4个第一同轴转双脊波导转接头和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头将输入其处的电磁波对应输出至与其连接的第一平行板波导处，m/2个第一平行板波导将输入其内的电磁波一一对应输出至m/2个第一一分二功分器，m/2个第一一分二功分器将输入其处的电磁波进行功率分配，形成m路电磁波后一一对应输出至m个第一cts辐射槽处，通过m个第一cts辐射槽沿x轴极化方向辐射至自由空间，本发明为全金属结构，减少了由于介质加入所产生的介质损耗，从而能够实现高增益，通过cts辐射技术和全金属馈电技术实现双极化辐射，采用的cts辐射槽以及馈电网络均具有宽带宽特性，从而本设计的天线整体具有宽带宽的特性，从而能够实现宽带宽和高增益的兼容，综合性能较高。
附图说明
13.图1为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的整体结构示意图；
14.图2为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的辐射网络的示意图；
15.图3为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的馈电网络的俯视图示意图；
16.图4为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的馈电网络的斜视图结构示意图；
17.图5为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的第一馈电单元的结构示意图；
18.图6为m＝2时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的第二馈电单元的结构示意图；
19.图7为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的整体结构示意图；
20.图8为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的辐射网络的示意图；
21.图9为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的馈电网络的示意图；
22.图10为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的的反射系数仿真图；
23.图11为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的x轴极化方向和y轴极化方向的增益仿真图；
24.图12为m＝8时的本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的第二一分m2/2功分器的输入端口和第一一分m2/2功分器的输入端口的隔离度。
具体实施方式
25.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
26.实施例一：如图1至图6所示，一种全金属宽带高增益双极化平板天线，包括辐射网络1和馈电网络2，辐射网络1包括m个第一cts辐射槽3、m个第二cts辐射槽4、m/2个第一一分二功分器5、m/2个第二一分二功分器6、m/2个第一平行板波导7和m/2个第二平行板波导8，m等于2；将左右方向定义为x轴极化方向，前后方向定义为y轴极化方向；m个第一cts辐射槽3用于将传输至其处的电磁波沿x轴极化方向辐射出去，m个第二cts辐射槽4用于将传输至其处的电磁波沿y轴极化方向辐射出去，m/2个第一一分二功分器5用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第一cts辐射槽3处，m/2个第二一分二功分器6用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第二cts辐射槽4处，m/2个第一平行板波导7用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第一一分二功分器5处，m/2个第二平行板波导8用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第二一分二功分器6处；馈电网络2包含第一馈电单元9、第二馈电单元10、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14；第一馈电单元9用于将传输至其处的一路电磁波分
为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11一一对应传输至m2/4个第一平行板波导7处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12一一对应传输至m2/4个第一平行板波导7处；第二馈电单元10用于将传输至其处的一路电磁波分为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13一一对应传输至m2/4个第二平行板波导8处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14一一对应传输至m2/4个第二平行板波导8处。
27.本实施例中，全金属宽带高增益双极化平板天线还包括第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18，第一金属板15层叠设置在第二金属板16的上方，第三金属板17层叠在第二金属板16的下方，第四金属板18层叠在第三金属板17的下方；m个第一cts辐射槽3和m个第二cts辐射槽4分别通过在第一金属板15上开槽实现，m/2个第一一分二功分器5、m/2个第二一分二功分器6、m/2个第一平行板波导7和m/2个第二平行板波导8分别通过在第二金属板16上开槽实现；第二馈电单元10、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14分别通过在第三金属板17上开槽实现，第一馈电单元9、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12分别通过在第四金属板18上开槽实现。
28.本实施例中，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18均为矩形板，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18的长度方向均沿x轴极化方向，宽度方向均沿y轴极化方向，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18的前端面上下齐平，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18的后端面上下齐平，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18的左端面上下齐平，第一金属板15、第二金属板16、第三金属板17和第四金属板18的右端面上下齐平。
29.本实施例中，m个第一cts辐射槽3和m个第二cts辐射槽4的结构和尺寸参数完全一致，m个第一cts辐射槽3在x轴极化方向沿一行均匀间隔排列构成第一辐射结构，相邻两个第一cts辐射槽3的中心间距为n，n的取值由全金属宽带高增益双极化平板天线工作的频段决定，其优选值为λmin≤n≤λmax，λmin＝3
×
108/fh，λmax＝3
×
108/fl，式中，fh为全金属宽带高增益双极化平板天线的最高工作频率，fl为全金属宽带高增益双极化平板天线的最低工作频率，λmin为最高工作频率fh对应的自由空间波长，λmax为最低工作频率fl所对应的自由空间波长；m个第二cts辐射槽4在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二辐射结构，相邻两个第二cts辐射槽4的中心间距为n，m个第一cts辐射槽3和m个第二cts辐射槽4纵横交错相交，每个第二cts辐射槽4均与m个第一cts辐射槽3相交，每个第一cts辐射槽3均与m个第二cts辐射槽4相交，第一辐射结构的中心和第二辐射结构的中心重合，如果第一辐射结构绕其中心旋转90度，将会与第二辐射结构完全重合。
30.本实施例中，m/2个第一一分二功分器5和m/2个第二一分二功分器6的结构和尺寸参数完全一致，每个第一一分二功分器5与每个第二一分二功分器6均具有一个输入端口和两个输出端口，每个第一一分二功分器5与每个第二一分二功分器6的两个输出端口处均设置有扼流枝节19；m/2个第一一分二功分器5在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一m/2分m功分器结构，相邻两个第一一分二功分器5的中心间距为2n，m/2个第二一分二功分器6在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二m/2分m功分器结构，相邻两个第二一分二功分器6的中心间距为2n；m/2个第一一分二功分器5和m/2个第二一分二功分器6纵横交错
相交，每个第二一分二功分器6均与m/2个第一一分二功分器5相交，每个第一一分二功分器5均与m/2个第二一分二功分器6相交，第一m/2分m功分器结构的中心和第二m/2分m功分器结构的中心重合，如果第一m/2分m功分器结构绕其中心旋转90度，将会与第二m/2分m功分器结构完全重合；m/2个第一一分二功分器5的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第一cts辐射槽3一一对应连接，m/2个第二一分二功分器6的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第二cts辐射槽4一一对应连接。
31.本实施例中，m/2个第一平行板波导7和m/2个第二平行板波导8的结构和尺寸参数完全一致；每个第一平行板波导7与每个第二平行板波导8均具有一个输入端口和一个输出端口；m/2个第一平行板波导7在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一平行板波导7结构，相邻两个第一平行板波导7的中心间距为2n，m/2个第二平行板波导8在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二平行板波导8结构，相邻两个第二平行板波导8的中心间距为2n；m/2个第一平行板波导7和m/2个第二平行板波导8纵横交错相交，每个第二平行板波导8均与m/2个第一平行板波导7相交，每个第一平行板波导7均与m/2个第二平行板波导8相交；第一平行板波导7结构的中心和第二平行板波导8结构的中心重合，如果第一平行板波导7结构绕其中心旋转90度，将会与第二平行板波导8结构完全重合；m/2个第一平行板波导7的输出端口与m/2个第一一分二功分器5的输入端口一一对应连接，m/2个第二平行板波导8的输出端口与m/2个第二一分二功分器6的输入端口一一对应连接。
32.本实施例中，第一馈电单元9包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分m2/2功分器称为第一一分m2/2功分器，第二馈电单元10包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分m2/2功分器称为第二一分m2/2功分器，第一一分m2/2功分器和第二一分m2/2功分器均具有一个输入端口和m2/2个输出端口，m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14均具有一个输入端口和一个输出端口；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第一同轴转双脊波导转接头11的中心间距为2n，m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第二同轴转双脊波导转接头12的中心间距为2n，m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第三同轴转双脊波导转接头13的中心间距为2n，m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第四同轴转双脊波导转接头14的中心间距为2n；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11的输入端口和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第二一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13的输入端口和m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第一一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；将m/2个第二平行板波导8按照从前到后顺序依次称为第1个第二平行板波导8至第m/2个第二平行板波导8，将m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第一同轴转双脊波导转接头11至第m/2行第一同轴转双脊波导转接头11，每行第一同轴转双脊波导转接头11包括m/2个第一同轴转双脊波导转接头11，具有m/2个输出端口，将m2/4个第二同轴转双脊波导转接头
12形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第二同轴转双脊波导转接头12至第m/2行第二同轴转双脊波导转接头12，每行第二同轴转双脊波导转接头12包括m/2个第二同轴转双脊波导转接头12，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第j行第一同轴转双脊波导转接头11的m/2个输出端口和第j行第二同轴转双脊波导转接头12的m/2个输出端口均与第j个第二平行板波导8的输入端口连接，j＝1，2，
…
，m/2；将m/2个第一平行板波导7按照从左到右顺序依次称为第1个第一平行板波导7至第m/2个第一平行板波导7，将m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第三同轴转双脊波导转接头13至第m/2列第三同轴转双脊波导转接头13，每列第三同轴转双脊波导转接头13包括m/2个第三同轴转双脊波导转接头13，具有m/2个输出端口，将m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第四同轴转双脊波导转接头14至第m/2列第四同轴转双脊波导转接头14，每列第四同轴转双脊波导转接头14包括m/2个第四同轴转双脊波导转接头14，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第k列第三同轴转双脊波导转接头13的m/2个输出端口和第k列第二同轴转双脊波导转接头12的m/2个输出端口均与第k个第一平行板波导7的输入端口连接，k＝1，2，
…
，m/2。
33.实施例二：如图7至图9所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于本实施例中m＝8。
34.本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的工作原理为：当第一一分m2/2功分器的输入端口馈入电磁波，第一一分m2/2功分器将馈入其内的电磁波进行功率分配，形成m2/2路电磁波通过其m2/2个输出端口一一对应输出至m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13的输入端口和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14的输入端口，此时m2/4个第三同轴转双脊波导转接头13和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头14将输入其处的电磁波对应输出至与其连接的第二平行板波导8的输入端口处，m/2个第二平行板波导8将输入其内的电磁波通过其m/2个输出端口一一对应输出至m/2个第二一分二功分器6的输入端口，m/2个第二一分二功分器6将输入其处的电磁波进行功率分配，形成m路电磁波后一一对应输出至m个第二cts辐射槽4处，通过m个第二cts辐射槽4沿y轴极化方向辐射至自由空间；当第二一分m2/2功分器的输入端口馈入电磁波，第二一分m2/2功分器将馈入其内的电磁波进行功率分配，形成m2/2路电磁波通过其m2/2个输出端口一一对应输出至m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11的输入端口和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12的输入端口，此时m2/4个第一同轴转双脊波导转接头11和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头12将输入其处的电磁波对应输出至与其连接的第一平行板波导7的输入端口处，m/2个第一平行板波导7将输入其内的电磁波通过其m/2个输出端口一一对应输出至m/2个第一一分二功分器5的输入端口，m/2个第一一分二功分器5将输入其处的电磁波进行功率分配，形成m路电磁波后一一对应输出至m个第一cts辐射槽3处，通过m个第一cts辐射槽3沿x轴极化方向辐射至自由空间。
35.为验证本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的优异性，在m等于8时，基于hfss仿真软件对本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线进行仿真，其中本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的的反射系数仿真图如图10所示，本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的x轴极化方向和y轴极化方向的增益仿真图如图11所示，本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线的第二一分m2/2功分器的输入端口和第一一分m2/2功分器的
输入端口的隔离度如图12所示。
36.图10中，s
11
表示第一馈电单元的输入端口(即第一一分m2/2功分器的输入端口)的反射系数，s
22
表示第二馈电单元的输入端口(即第二一分m2/2功分器的输入端口)的反射系数，分析图10可知，两个输入端口的反射系数在10.5ghz-15ghz(相对带宽高于百分之三十)的频率应用范围内均低于-10db，由此可知本发明具有宽带宽。分析图11可知，x轴极化方向和y轴极化方向的增益在10.5ghz-15ghz的频率应用范围内均高于24dbi，由此可知本发明具有高增益。分析图12可知，第二一分m2/2功分器的输入端口和第一一分m2/2功分器的输入端口的端口隔离度在10.5ghz-15ghz的频率应用范围内均低于-60db，由此可知本发明端口隔离度优异。综上所述，本发明的全金属宽带高增益双极化平板天线能够实现宽带宽和高增益的兼容，综合性能较高。

技术特征：
1.一种全金属宽带高增益双极化平板天线，包括辐射网络和馈电网络，其特征在于所述的辐射网络包括m个第一cts辐射槽、m个第二cts辐射槽、m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导，m为大于等于2的偶数；将左右方向定义为x轴极化方向，前后方向定义为y轴极化方向；m个第一cts辐射槽用于将传输至其处的电磁波沿x轴极化方向辐射出去，m个第二cts辐射槽用于将传输至其处的电磁波沿y轴极化方向辐射出去，m/2个第一一分二功分器用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第一cts辐射槽处，m/2个第二一分二功分器用于将传输至其处的一路电磁波分为m路电磁波一一对应传输至m个第二cts辐射槽处，m/2个第一平行板波导用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第一一分二功分器处，m/2个第二平行板波导用于将传输至其处的电磁波一一对应传输至m/2个第二一分二功分器处；所述的馈电网络包含第一馈电单元、第二馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头；所述的第一馈电单元用于将传输至其处的一路电磁波分为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第一同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第一平行板波导处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第二同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第一平行板波导处；所述的第二馈电单元用于将传输至其处的一路电磁波分为m2/2路电磁波，并将其中m2/4路电磁波通过m2/4个第三同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第二平行板波导处，另外m2/4路电磁波通过m2/4个第四同轴转双脊波导转接头一一对应传输至m2/4个第二平行板波导处。2.根据权利要求1所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于所述的全金属宽带高增益双极化平板天线还包括第一金属板、第二金属板、第三金属板和第四金属板，所述的第一金属板层叠设置在所述的第二金属板的上方，所述的第三金属板层叠在所述的第二金属板的下方，所述的第四金属板层叠在所述的第三金属板的下方；m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽分别设置在所述的第一金属板上，m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导分别设置在所述的第二金属板上；所述的第二馈电单元、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头分别设置在所述的第三金属板上，所述的第一馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头分别设置在所述的第四金属板上。3.根据权利要求2所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板均为矩形板，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的长度方向均沿x轴极化方向，宽度方向均沿y轴极化方向，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的前端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的后端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的左端面上下齐平，所述的第一金属板、所述的第二金属板、所述的第三金属板和所述的第四金属板的右端面上下齐平。4.根据权利要求2所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽的结构和尺寸参数完全一致，m个第一cts辐射槽在x轴极化
方向沿一行均匀间隔排列构成第一辐射结构，相邻两个第一cts辐射槽的中心间距为n，n的取值由所述的全金属宽带高增益双极化平板天线工作的频段决定，其优选值为λmin≤n≤λmax，λmin＝3
×
108/fh，λmax＝3
×
108/fl，式中，fh为所述的全金属宽带高增益双极化平板天线的最高工作频率，fl为所述的全金属宽带高增益双极化平板天线的最低工作频率，λmin为最高工作频率fh对应的自由空间波长，λmax为最低工作频率fl所对应的自由空间波长；m个第二cts辐射槽在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二辐射结构，相邻两个第二cts辐射槽的中心间距为n，m个第一cts辐射槽和m个第二cts辐射槽纵横交错相交，每个第二cts辐射槽均与m个第一cts辐射槽相交，每个第一cts辐射槽均与m个第二cts辐射槽相交，所述的第一辐射结构的中心和所述的第二辐射结构的中心重合，如果所述的第一辐射结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二辐射结构完全重合。5.根据权利要求2所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于m/2个第一一分二功分器和m/2个第二一分二功分器的结构和尺寸参数完全一致，每个第一一分二功分器与每个第二一分二功分器均具有一个输入端口和两个输出端口，每个第一一分二功分器与每个第二一分二功分器的两个输出端口处均设置有扼流枝节；m/2个第一一分二功分器在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一m/2分m功分器结构，相邻两个第一一分二功分器的中心间距为2n，m/2个第二一分二功分器在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二m/2分m功分器结构，相邻两个第二一分二功分器的中心间距为2n；m/2个第一一分二功分器和m/2个第二一分二功分器纵横交错相交，每个第二一分二功分器均与m/2个第一一分二功分器相交，每个第一一分二功分器均与m/2个第二一分二功分器相交，所述的第一m/2分m功分器结构的中心和所述的第二m/2分m功分器结构的中心重合，如果所述的第一m/2分m功分器结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二m/2分m功分器结构完全重合；m/2个第一一分二功分器的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第一cts辐射槽一一对应连接，m/2个第二一分二功分器的两个输出端口，共计m个输出端口，与m个第二cts辐射槽一一对应连接。6.根据权利要求5所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导的结构和尺寸参数完全一致；每个第一平行板波导与每个第二平行板波导均具有一个输入端口和一个输出端口；m/2个第一平行板波导在x轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第一平行板波导结构，相邻两个第一平行板波导的中心间距为2n，m/2个第二平行板波导在y轴极化方向沿一列均匀间隔排列构成第二平行板波导结构，相邻两个第二平行板波导的中心间距为2n；m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导纵横交错相交，每个第二平行板波导均与m/2个第一平行板波导相交，每个第一平行板波导均与m/2个第二平行板波导相交；所述的第一平行板波导结构的中心和所述的第二平行板波导结构的中心重合，如果所述的第一平行板波导结构绕其中心旋转90度，将会与所述的第二平行板波导结构完全重合；m/2个第一平行板波导的输出端口与m/2个第一一分二功分器的输入端口一一对应连接，m/2个第二平行板波导的输出端口与m/2个第二一分二功分器的输入端口一一对应连接。7.根据权利要求6所述的一种全金属宽带高增益双极化平板天线，其特征在于所述的第一馈电单元包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分m2/2功分器称为第一一分m2/2功分器，所述的第二馈电单元包括一个采用同轴结构的一分m2/2功分器，将该一分
m2/2功分器称为第二一分m2/2功分器，所述的第一一分m2/2功分器和所述的第二一分m2/2功分器均具有一个输入端口和m2/2个输出端口，m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头均具有一个输入端口和一个输出端口；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第一同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第二同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第二同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第三同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第三同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n，m2/4个第四同轴转双脊波导转接头在沿x轴极化方向和y轴极化方向均匀间隔排列成m/2行m/2列阵列结构，任意相邻两个第四同轴转双脊波导转接头的中心间距为2n；m2/4个第一同轴转双脊波导转接头的输入端口和m2/4个第二同轴转双脊波导转接头的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第二一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；m2/4个第三同轴转双脊波导转接头的输入端口和m2/4个第三同轴转双脊波导转接头的输入端口，共计m2/2个输入端口，与第一一分m2/2功分器的m2/2个输出端口一一对应连接；将m/2个第二平行板波导按照从前到后顺序依次称为第1个第二平行板波导至第m/2个第二平行板波导，将m2/4个第一同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第一同轴转双脊波导转接头至第m/2行第一同轴转双脊波导转接头，每行第一同轴转双脊波导转接头包括m/2个第一同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输出端口，将m2/4个第二同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从前到后顺序依次称为第1行第二同轴转双脊波导转接头至第m/2行第二同轴转双脊波导转接头，每行第二同轴转双脊波导转接头包括m/2个第二同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第j行第一同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口和第j行第二同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口均与第j个第二平行板波导的输入端口连接，j＝1，2，
…
，m/2；将m/2个第一平行板波导按照从左到右顺序依次称为第1个第一平行板波导至第m/2个第一平行板波导，将m2/4个第三同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第三同轴转双脊波导转接头至第m/2列第三同轴转双脊波导转接头，每列第三同轴转双脊波导转接头包括m/2个第三同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输出端口，将m2/4个第四同轴转双脊波导转接头形成的m/2行m/2列阵列结构按照从左到右顺序依次称为第1列第四同轴转双脊波导转接头至第m/2列第四同轴转双脊波导转接头，每列第四同轴转双脊波导转接头包括m/2个第四同轴转双脊波导转接头，具有m/2个输入端口和m/2个输出端口；第k列第三同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口和第k列第二同轴转双脊波导转接头的m/2个输出端口均与第k个第一平行板波导的输入端口连接，k＝1，2，
…
，m/2。

技术总结
本发明公开了一种全金属宽带高增益双极化平板天线，包括辐射网络和馈电网络，辐射网络包括m个第一CTS辐射槽、m个第二CTS辐射槽、m/2个第一一分二功分器、m/2个第二一分二功分器、m/2个第一平行板波导和m/2个第二平行板波导，馈电网络包含第一馈电单元、第二馈电单元、m2/4个第一同轴转双脊波导转接头、m2/4个第二同轴转双脊波导转接头、m2/4个第三同轴转双脊波导转接头和m2/4个第四同轴转双脊波导转接头，馈电网络用于产生x极化方向电磁波通过m个第一CTS辐射槽辐射到自由空间以及产生y极化方向电磁波通过m个第二CTS辐射槽辐射到自由空间；优点是能够实现宽带宽和高增益的兼容，综合性能较高。综合性能较高。综合性能较高。


技术研发人员：胡阳 黄季甫 尤清春 陆云龙 张汉林
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/11