[发明专利]双极化收发共用波导阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信及测控领域中的双极化收发共用波导阵列天线，适用于低剖面平板卫星通信天线及无线测控系统中的双极化阵列天线，特别适用于车载(或其它移动载体)卫星通信天线、极化可调的阵列天线。

背景技术

卫星通信具有覆盖范围广、受干扰小等优点，将低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合实现全球个人通信是未来卫星通信发展的趋势；就目前而言，在移动载体上随时随地和卫星进行通信，已成为军民两用应急通信、实时通信的迫切需求。车载(船载或机载)卫星移动通信系统通常又称为“动中通”，动中通的核心技术之一就是天线技术，动中通的天线形式包括反射面天线、平板天线、透镜天线和相控阵天线等。在高速移动载体上要保证通信质量，不仅仅要求天线有很高的增益，同时要求整个系统体积小、剖面低、重量小。反射面天线的主要缺点是体积和重量较大，高速移动状态下风阻很大、对星速度慢；相控阵天线的缺点是收发难以共用、电扫描有增益损失、制造及维护成本高；相对而言，平板天线具备剖面低、口面效率高、对星速度快的优势，特别适合在动中通中使用。

美国专利公开号为US5872545的专利公布了一种多层平板堆叠的微波天线，包括一块或多块平面辐射板及波束形成网络，其基本结构有三层，一层为开口辐射单元阵列，两层为馈电网络层，馈电网络层允许两路交叉极化信号的接收。馈电网络层可以是微带线，平行波导，双引传输线，亦或是它们的组合。

韩国的IDOIT公司在专利PCT/KR2008/001008和PCT/KR2008/005145中公布了一种喇叭天线阵平板天线。其辐射层采用具有内收倾斜面特征的喇叭天线，为了保证喇叭天线的增益和带宽，天线单元必需采用坡度较缓的倾斜面来实现其与空气的阻抗匹配，从而导致天线的剖面高度比较大，即比较厚。另外，喇叭天线辐射端口尺寸较大，导致其辐射波瓣图的副瓣较差。其后，IDOIT公司在专利PCT/KR2008/003036中公布了一种改善副瓣特性的方案，即在喇叭天线单元的辐射端口加装2×2金属网格，该设计增加了设计复杂度和生产成本。IDOIT公司在上述专利中公布了喇叭天线阵的波导馈电网络，该网络结构复杂，电磁通道狭 窄，加工、电镀都很困难，且若干细节设计也会降低了喇叭天线的工作带宽。

中电集团第五十四研究所在专利CN 101083359A和CN 201060943Y中公布了一种高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线的设计方案，该方案也采用辐射层、水平极化层和垂直极化层的三层结构，其水平极化采用耦合馈电，垂直极化采用直接馈电，馈电方式简便，但难以对接收到的电磁波进行极化合成，而且设计方案中简单的方形或圆形谐振腔限制了该天线的工作带宽。其后，中电集团五十四所在专利CN 102738585A中公布了一种收发共用喇叭天线阵，该设计方案采用具有倾斜面特征的喇叭波导作为辐射/接收单元，厚度较大，其水平极化和垂直极化均采用波导馈电方式，但其水平极化的辐射是由垂直极化波进行极化旋转得来，结构较为复杂，且存在极化损耗。

德国QEST公司在专利PCT/EP2010/002645和PCT/EP2013/001923中公布了一种喇叭天线阵平板卫星天线，通过对喇叭天线单元加载对称脊扩展了工作带宽，在喇叭内设计多个台阶实现天线与空气的阻抗匹配。QEST公司在专利PCT/EP2013/001939中进一步公布了综合运用悬置微带线和波导网络进行馈电的方式，结构复杂，总体厚度较大。

美国Raysat公司在专利PCT/BG2004/000011，US 7307586 B2和US 2006/0152414 A1中公布了一种平板卫星天线，该天线通过堆叠多层开口金属板形成辐射通道，再利用上下间隔分离的两层微带线进行双极化馈电，并将初级放大器和LNB直接集成于天线面板后部，结构紧凑，但是微带线馈电的介质损耗大，天线辐射效率也较低。

总之，保证天线的增益和带宽，同时降低平板卫星天线的厚度是卫星天线设计领域的永远追求。

发明内容

本发明双极化收发共用波导阵列天线，采用波导网络结构对平板卫星天线进行馈电，拓宽了平板卫星天线的工作带宽，实现了天线口面的收发共用，降低了辐射栅瓣，并为电磁波极化方向的自动调整提供了接口。

实现本发明目的的技术方案是，双极化收发共用波导阵列天线，包括N个宽带双极化天线子阵列和极化调整装置，宽带双极化天线子阵列包括双极化开口波导阵列辐射层和网络馈电层，双极化开口波导阵列辐射层设置在网络馈电层的上方，极化调整装置设置在网络馈电层的下方。