[发明专利]一种宽带圆极化波导天线及其天线阵列

说明书

本发明公开了一种宽带圆极化波导天线及其天线阵列。天线包括依次层叠为多层层叠的结构的辐射层、腔体层、馈电网络层和圆极化网络层。辐射层背向腔体层的一侧上设置呈阵列式排布的8×8个辐射单元，每个辐射单元包括具有对称双脊的圆形脊开口波导和开设在圆形脊开口波导的底壁上的耦合馈电直缝隙一，双脊位于耦合馈电直缝隙一的相对两侧，且双脊的垂直连线与耦合馈电直缝隙一呈45度夹角。8×8个辐射单元分成四组辐射单元组，每组辐射单元组内包括呈阵列式排布的4×4个辐射单元，以任一组辐射单元组为定点参考，其余三组辐射单元组在逆时针或顺时针方向上依次旋转了90度、180度、270度。

技术领域

本发明涉及卫星通信、微波通信领域中的一种天线及其天线阵列，尤其涉及一种宽带圆极化波导天线及其天线阵列。

背景技术

近些年来，随着卫星通讯蓬勃发展，应用于卫星广播电视、通讯和数据传输等系统的天线得到了快速发展，对各种天线的需求也在快速增长，推动了其发展。诸如用于直播卫星(DBS)通讯系统，需要低轮廓、高效率的天线系统，以提高系统的G/T值(G为天线系统的增益；T为天线系统的噪声温度)，来增加天线与卫星通讯的数据率。并且，天线的有效孔径受天线扫描体积的限制，对于给定的扫描体积，低轮廓天线可以得到最大的系统增益，从而提高整个系统的G/T值。

波导天线由于其高效、易于幅相控制、加工简单等因素得以大量应用，特别是雷达系统。波导天线有行波阵和驻波阵(谐振阵)两种，波导行波阵带宽较宽、有频扫特性。但其效率较低，适合做大型平面阵列；驻波阵效率高、带宽较窄，适合做小型平面阵列。

对于接收卫星直播通讯的天线系统来说，一般安装在飞机上或汽车顶部，因此这些天线系统都具有很好的机动性，从而对于这些天线的要求也就比较高。比如：小型化、低轮廓、低损耗、高增益等。为了减少天线系统的高度，天线一般设计为平面阵列天线，因此波导缝隙天线阵列得到了很好的应用。

商业卫星通讯系统中，卫星接收和发射的信号都是圆极化波，这样无论雷达和卫星成什么夹角，都不会引起交叉极化分量。也就是说卫星接收和发射圆极化波，不会引起极化的失配从而引起数据传输的效率的降低。

美国专利US5579019缝隙波导漏波天线(犹玛修.玛萨赫洛和奥吉玛.塔卡仕等，Masahiro Uematsu,Takashi Ojima,etc,slotted leaky waveguide array antenna)和US7436371B1低损耗低轮廓双极化波导月牙缝隙天线阵(李.玛.保尔逊，科德.瑞皮斯等，Lee M.Paulsen,Cedar Rapids,etc,waveguide crescent slot array for low-loss,low-profile dual-polarization antenna)中，存在宽带工作波束指向色散且效率降低的问题。

张洪涛、汪伟等人提出了一种圆极化波导驻波天线(中国专利，专利号：200910185457.3)中，存在受波导驻波缝隙阵列特点限制，即单元越多，工作带宽越窄，并且这种圆极化波导天线轴比带宽较窄，3dB轴比带宽不足3％。

汪伟、齐美清、张洪涛等人提出了一种圆极化天线(中国专利，专利号：201310454644.3)中，采用脊波导管开设两种缝隙实现了圆极化工作方式，但是该圆极化波导天线同样受波导驻波缝隙阵列特点的限制，即单元数越多，天线的工作带宽越窄。

张洪涛、汪伟等人提出了一种新颖的圆极化波导缝隙天线及其设计方法(中国专利，专利申请号：201510012239.5)中，采用“凸”形波导管上开设两种辐射缝隙实现圆极化工作方式，但是该圆极化天线的工作带宽同样受单元数的限制，即单元数越多，工作带宽越窄。

发明内容

为解决上述圆极化波导天线的缺点，本发明提供一种宽带圆极化波导天线及其天线阵列，其属于结构简单，且具有良好宽频带和低轴比特征的，便于单独组成大型平面阵的圆极化波导天线。