[发明专利]双极化四脊波导阵列天线

说明书

本发明公开了一种双极化四脊波导阵列天线，包括：波导辐射腔阵列和设置于波导辐射腔阵列下方的多层PCB；波导辐射腔阵列包括m×n个开口四脊波导单元，每个开口四脊波导单元为四个侧壁中间分别设置有脊形部分的开口波导腔，m、n为大于或等于1的自然数；多层PCB的上下表面层为接地层，多层PCB内相互间隔的两层分别为极化正交的馈电网络层，相互间隔的两层之间具有接地层，每个馈电网络层上包括与波导辐射腔阵列上m×n个开口四脊波导单元对应的m×n个馈电单元；每个馈电网络层具有一个馈电端口。本发明实施例公开的双极化四脊波导阵列天线，压缩了阵列天线的尺寸，使得双极化四脊波导阵列天线能够应用于多种平面波束扫描场景中。

技术领域

本发明实施例涉及天线技术，尤其涉及一种双极化四脊波导阵列天线。

背景技术

双极化阵列天线广泛应用于各种微波系统，例如合成孔径雷达（SyntheticAperture Radar，SAR）成像系统和卫星通信系统。由于微带阵列天线设计灵活，制造工艺简单，易于进行共形设计等优势，因此双极化微带阵列天线是一种最常见的双极化阵列天线形式。

但微带阵列天线的主要缺陷在于它们存在表面波损耗，导致难以进一步提高辐射效率。同时，微带馈线网络的寄生辐射效应也会恶化天线的辐射性能。为了进一步提高微带天线阵列的增益，提出了背腔加载的微带阵列天线，但是由于背腔往往具有较高的品质因数，导致加载背腔后的天线往往只能有较窄的带宽。而为了提高带宽提出的多层耦合馈电结构则会导致馈电效率的进一步降低。

为了提高阵列天线的辐射效率，需要考虑抑制以下三类损耗：1、抑制馈线辐射损耗，2、抑制表面波损耗，3、抑制介质损耗。基于上述考量，业界提出了全金属的波导馈电双极化阵列天线，通过引入空气填充的金属腔和金属馈电网络，与传统微带阵列天线相比，可以实现更高的效率和更宽的带宽。但是全金属结构质量重体积大，较难在实际系统中使用。

随着第五代移动通信（5th Generation，5G）通信和卫星通信的发展，对阵列天线的需求越来越多，尤其是宽频段大角度的平面波束扫描阵列天线，目前的双极化阵列天线难以满足使用需求。

发明内容

本发明提供一种双极化四脊波导阵列天线，压缩了阵列天线的尺寸，使得双极化四脊波导阵列天线能够应用于多种平面波束扫描场景中。

第一方面，本发明实施例提供一种双极化四脊波导阵列天线，包括：

波导辐射腔阵列和设置于波导辐射腔阵列下方的多层PCB；

波导辐射腔阵列包括m×n个开口四脊波导单元，每个开口四脊波导单元为四个侧壁中间分别设置有脊形部分的开口波导腔，m、n为大于或等于1的自然数；

多层PCB的上下表面层为接地层，多层PCB内相互间隔的两层分别为极化正交的馈电网络层，相互间隔的两层之间具有接地层，每个馈电网络层上包括与波导辐射腔阵列上m×n个开口四脊波导单元对应的m×n个馈电单元；

每个馈电网络层具有一个馈电端口。

在第一方面一种可能的实现方式中，每个开口四脊波导单元为设置有脊形部分的矩形开口波导腔。

在第一方面一种可能的实现方式中，每个矩形开口波导腔的边长为0.35λ₀~0.45λ₀，λ₀为阵列天线中心频率的真空波长，每个脊形部分的长度与边长的比值为0.15~0.4，每个脊形部分的宽度与边长的比值为0.1~0.2。

在第一方面一种可能的实现方式中，多层PCB上在每个矩形开口波导腔对应的位置设置有由间隔的金属化通孔组成的矩形框，矩形框四周具有开口，矩形框的边长与矩形开口波导腔的边长比为0.4~0.7。