[发明专利]一种双频双圆极化高效共口径平板天线

说明书

本发明公开了一种双频双圆极化高效共口径平板天线，包括：辐射口径层、谐振波导层、功分馈电网络层。辐射口径层包括方形高频圆极化辐射单元与低频圆极化辐射单元，相互交错均匀排布；谐振波导层包括高频馈电波导腔与低频谐振波导腔，高频馈电波导腔等间距水平分布，低频谐振波导腔垂直穿插在相邻高频馈电波导腔璧间；功分馈电网络层包括高频馈电网络与低频馈电网络，分别为一分六波导功分器和一分四波导功分器，高频馈电网络设置于阵列天线中轴线所在垂面上，低频馈电网络设置于其两侧。本发明具有结构紧凑、剖面低、体积小、重量轻、功率容量大的特点，实现了双频双圆极化高效率共口径。

技术领域

本发明涉及共口径天线技术领域，具体来说是一种双频双圆极化高效共口径平板天线。

背景技术

为了使相控阵天线系统的体积减小、口径利用效率增加、集成度提高、重量成本降低，迫切希望在不影响系统性能的前提下，尽量将多频带、多极化、多工作方式的天线设计在同一口径面上，以适应现代卫星通信、空间测控和雷达探测等领域对多功能相控阵系统前端天线的要求，共口径天线技术应运而生。目前国内外常见的共口径相控阵天线多采用单层或叠层排布方式，单层排布方式受限于各频段辐射单元物理面积，难以满足扫描栅瓣条件；叠层排布方式易于满足扫描栅瓣条件，但却增加了剖面高度，同时增加了电磁兼容的设计难度，兼顾多极化馈电网络的拓扑布局，给共口径天线技术带来严峻的挑战。

授权公告号为“CN 106356640 B”的中国发明专利，公开“一种宽带双圆极化平板波导阵列天线”，采用的技术方案包括一种16×16元高增益双圆极化平板天线，使用具有宽频特性的波导口径作为辐射单元，通过加载隔板极来实现双圆极化。天线工作带宽大于16％，工作频带内效率大于60％。这种全波导双圆极化天线具有宽带高增益特性，但隔板圆极化器的引入大大增加剖面高度，复杂的馈电网络降低了总效率。授权公告号为“CN106356622 B”的中国发明专利，公开一种“高增益双频双圆极化共口径平面阵列天线”，采用的技术方案包括三角布阵的8×4单元辐射阵列，通过缝隙耦合的高、低频SIW功分器馈电，实现双频双圆极化共口径。天线工作频带覆盖了8.1GHz～8.29GHz和8.39GHz～8.71GHz，具有高增益，低剖面，加工成本低，易于集成等特点，但馈电网络和辐射阵列同一平面集成增加了天线口径，降低了口径效率，考虑到SIW功分器较高的介质损耗与欧姆损耗，进一步降低了天线总效率，且由于选择并排馈电的体制，天线的工作频比受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构紧凑、馈电简单、易于加工的低剖面双频双圆极化共口径天线。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种双频双圆极化高效共口径平板天线，包括上下依次布设的辐射口径层(1)、谐振波导层(2)、功分馈电网络层(3)；所述辐射口径层(1)包括高频圆极化辐射单元(11)与低频圆极化辐射单元(13)，高频圆极化辐射单元(11)与低频圆极化辐射单元(13)相互交错均匀排布；谐振波导层(2)包括高频馈电波导腔(21)与低频谐振波导腔(22)，高频馈电波导腔(21)等间距水平分布，低频谐振波导腔(22)垂直穿插在相邻高频馈电波导腔(21)璧间；功分馈电网络层(3)包括高频馈电网络(31)与低频馈电网络(33)，高频馈电网络(31)设置于阵列天线中轴线所在垂面上，低频馈电网络(33)设置于其两侧。

本发明引入小型化方形高频圆极化辐射单元与嵌入式的低频圆极化辐射单元，直接在辐射口径实现圆极化，节省了圆极化馈电网络空间，大大降低了天线剖面。

进一步的，所述高频圆极化辐射单元(11)为方形开口波导腔体，腔内对称分布两组高度相同、长度厚度不同的金属膜片，对主模微扰形成幅度相等、相位相差90度的正交模实现圆极化，方形开口波导腔金属底面中轴线上开有S形激励缝隙(12)馈电，将高频馈电波导腔(21)内的能量耦合至高频圆极化辐射单元(11)，缝隙长度为λ/2，其中，λ为工作频带内中心频点的自由空间波长，S形激励缝隙(12)的宽度小于其长度。