一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络制造技术

本发明专利技术属于波导天线设计和制造技术领域，具体涉及一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络。本馈电网络包括极化分离器，极化分离器形成四行四列状的基础阵列分布；垂直极化单元包括第一垂直极化功分器、第二垂直极化功分器、第三垂直极化功分器以及第四垂直极化功分器；水平极化单元包括第一水平极化功分器、第二水平极化功分器、第三水平极化功分器以及第四水平极化功分器；第二行及第三行上的相邻两个第一垂直极化功分器之间存有供第四水平极化功分器的两输入端口所在波导臂穿过的间隙；第四水平极化功分器的输出端口位于第三行与第四行极化分离器之间的预留区域处。本发明专利技术兼具结构紧凑、带宽宽剖面低的优点，可作为宽带双极化天线的馈电网络。

A dual polarization broadband planar array antenna feed network

The invention belongs to the technical field of waveguide antenna design and manufacture, in particular to a dual polarization broadband planar array antenna feed network. The feed network includes a polarization splitter, a polarization splitter based array of four rows and four columns shaped distribution; vertical polarization unit includes a first vertical polarization splitter, second vertical polarization splitters, third vertical polarization splitter and fourth vertical polarization splitter; horizontal polarization unit comprises a first horizontal polarization splitter, second horizontal polarization splitters, third horizontal polarization splitter and fourth horizontal polarization splitters; second adjacent line and three line two first vertical polarization splitter for horizontal polarization between fourth power divider two input port where the waveguide arm through the gap; the output port fourth horizontally polarized power located in the reserved area at the divider between the third line and fourth line polarization separator. The invention has the advantages of compact structure, wide bandwidth and low profile, and can be used as a feed network for broadband dual polarization antennas.

【技术实现步骤摘要】
一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络
本专利技术属于波导天线设计和制造
，具体涉及一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络。
技术介绍
天线作为通信系统中的一个重要的无线电设备，其性能的好坏将直接影响无线电设备的性能。相对于抛物面天线，平板阵列天线具有重量轻、效率高、体积小的优势，但是以往的平板阵列天线很难兼具双极化、宽频带和低剖面的特性。传统的平板阵列天线，要么只能在单一频带实现双极化，要么剖面尺寸大，要么使用结构复杂的微带和波导混合馈电方式。随着无线通信和雷达系统的不断发展和完善，人们逐渐发现，要想实现兼具双极化、宽频带和低剖面性能的波导平板阵列天线，其关键在于是否具有双极化、宽频带和低剖面的馈电网络。因此，能否研制出一种兼具双极化、宽频带和低剖面的馈电网络，从而实现整体天线构造的高集成性需求，为本领域技术人员近年来所亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的双极化宽带平板阵列天线馈电网络，其兼具结构紧凑、带宽宽、剖面低的优点，可作为宽带双极化天线的馈电网络。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络，其特征在于：本馈电网络包括极化分离器，所述极化分离器上设置用于连接外部辐射器的公共端口、用于连接水平极化单元的水平极化端口以及布置于极化分离器底端面处的用于连接垂直极化单元的垂直极化端口，极化分离器形成四行四列状的基础阵列分布；垂直极化单元包括由Y-T功分器构成的第一垂直极化功分器、由E-T功分器构成的第二垂直极化功分器、由H-T功分器构成的第三垂直极化功分器以及由H-T功分器构成的第四垂直极化功分器；在行方向上，各个第一垂直极化功分器的两输入端口分别连接两两相邻布置的各极化分离器的垂直极化端口；在列方向上，第一列与第二列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器的输出端口分别连通一个第二垂直极化功分器的两输入端口，第三列与第四列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器的输出端口连通另一个第二垂直极化功分器的两输入端口；在行方向上，相邻两个第二垂直极化功分器的输出端口分别连接第三垂直极化功分器的两输入端口；在列方向上，两个第三垂直极化功分器的输出端口连接第四垂直极化功分器的两输入端口；第四垂直极化功分器的输出端口构成该垂直极化单元的总输出端口；水平极化单元包括由H-T功分器构成的第一水平极化功分器、由H-T功分器构成的第二水平极化功分器、由E-T功分器构成的第三水平极化功分器以及由H-T功分器构成的第四水平极化功分器；第一行与第二行之间以及第三行与第四行之间的两两相邻的极化分离器的水平极化端口均设置于各者的相邻侧面处；上述位于相邻侧面处的两个水平极化端口分别连接第一水平极化功分器的两输入端口；第二水平极化功分器外形呈开口方向与列方向平行的“U”字状结构，第二水平极化功分器的两U型端口构成其输入端口且U型底部构成其输入端口；在行方向上，两两相邻的第一水平极化功分器的输出端口分别连通相应第二水平极化功分器的两输入端口；两两相邻的第二水平极化功分器的输出端口分别连通一个第三水平极化功分器的两输入端口；在列方向上，两个第三水平极化功分器的输出端口连接第四水平极化功分器的两输入端口；第四水平极化功分器的输出端口构成该水平极化单元的总输出端口；第二行上的相邻两个第一垂直极化功分器之间以及第三行上的相邻两个第一垂直极化功分器之间均存有供第四水平极化功分器的两输入端口所在波导臂穿过的间隙；所述第四水平极化功分器的输出端口位于第三行极化分离器与第四行极化分离器之间的预留区域处。所述极化分离器包括方波导、分支波导以及方矩变换段，其中：方波导的首端面形成上述公共端口，方波导的一侧设置波导阶梯且该波导阶梯的阶梯面高度由方波导首端向末端处依次降低；波导阶梯的阶梯面处耦合所述分支波导，所述分支波导的输出端口构成上述水平极化端口；在方波导的末端面设置有方矩变换段，所述方矩变换段由两个以上且沿方波导长度方向横截面面积逐个减小的矩形波导首尾衔接构成，方矩变换段的末端处的输出端口构成所述垂直极化端口；在方波导的波导阶梯所在侧，波导阶梯和方矩变换段所形成的连续的阶梯面高度的渐变取值拟合切比雪夫函数；在上述方波导的波导阶梯所在侧的相对侧，方矩变换段所形成的阶梯面高度的渐变取值同样拟合切比雪夫函数。波导阶梯的阶梯面与方矩变换段所形成的阶梯面的阶梯宽度均为四分之一波导波长。本专利技术的有益效果在于：1)、本专利技术在满足天线性能的前提下，为充分缩小整个馈电网络的体积，巧妙的使用E-T功分器和H-T功分器并对极化分离器的合成顺序进行了特殊设计，从而使得配合后的整体结构紧凑而体积小。由于水平极化单元完全包裹在垂直极化单元的内部，故整个馈电网络的剖面尺寸仅为垂直极化单元的剖面尺寸，故能够实现低剖面设计。在实际使用过程中，馈电网络为全波导结构，而极化分离器，则采用具备波导阶梯的阶梯锥变结构，由于各个垂直极化功分器和水平极化功分器均采用宽带H-T和E-T功分器，从而能够实现30％的带宽性能。实践证明，采用上述设计结构后，当以极化分离器形成的4×4基础阵列分布的组数越多，整个阵列天线越庞大，本专利技术的这种间隙插入嵌套式的设计结构所带来的对馈电网络体型的缩减效果就越明显。具体而言，在水平极化单元和垂直极化单元嵌套布置过程中，本专利技术先使用宽带Y-T功分器及E-T功分器将极化分离器的垂直极化部分合成完毕，之后再通过在第一行与第二行极化分离器之间以及第三行与第四行极化分离器之间的安装空间内填设水平极化单元，最终达到了空间利用的最大化。在上述基础上，由于Y-T功分器的独特外形，使得相邻Y-T功分器之间自然存在了间隙，此时再将水平极化单元的第四水平极化功分器的两输入端口所在臂穿过该间隙并进入第二行极化分离器与第三行极化分离器之间的预留区域处。此外的，相邻Y-T功分器之间自然存在的间隙与上述第四水平极化功分器的两输入端口所在臂间空间上彼此避让，从而使得两种极化单元在该交汇配合处的部件壁厚更易于机械设计，显然也有利于提升整个馈电网络的加工可制造性能。2)、在极化分离器的设计构造上，本专利技术摒弃了结构冗繁的传统宽带极化分离器设计，转而另辟蹊径的采用了阶梯锥变加分支波导的窄带OMT设计方案，从而使得本专利技术的结构更为简单和紧凑。通过合理选择方波导口的尺寸，使得本专利技术所需求的工作带宽落在方波导主模截止频率和第三次高次模之间。在从方波导到矩形波导的渐变中，通过将各台阶面高度的渐变取值拟合切比雪夫函数，一方面可以将工作频带内的第一及第二次高次模压下去，达到展宽带宽的目的。另一方面，也可实现公共端口的主模TE10通过方矩变换段并馈给极化分离器的垂直极化端口，且正交主模TE01在锥变区内消失并被反射和耦合到分支波导处的水平极化端口。具体操作时，可将水平极化端口及垂直极化端口尺寸进一步压缩，从而进一步的减小极化分离器的外形尺寸，以确保小型化需求。通过上述方案，本专利技术可同时满足高工作带宽和结构简单紧凑及外形尺寸小的要求，无需额外匹配块或可调装置，设计工艺更为简单。本专利技术的外形尺寸比传统宽带OMT减小50％以上，显然更为适合如Ku波段卫星通讯收发一体的天线或大型阵列天线的馈电等有限空间内使用。附图说明图1为本专利技术的立体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络，其特征在于：本馈电网络包括极化分离器(10)，所述极化分离器(10)上设置用于连接外部辐射器的公共端口(11)、用于连接水平极化单元的水平极化端口(12)以及布置于极化分离器(10)底端面处的用于连接垂直极化单元的垂直极化端口(13)，极化分离器(10)形成四行四列状的基础阵列分布；垂直极化单元包括由Y‑T功分器构成的第一垂直极化功分器(21)、由E‑T功分器构成的第二垂直极化功分器(22)、由H‑T功分器构成的第三垂直极化功分器(23)以及由H‑T功分器构成的第四垂直极化功分器(24)；在行方向上，各个第一垂直极化功分器(21)的两输入端口分别连接两两相邻布置的各极化分离器(10)的垂直极化端口(13)；在列方向上，第一列与第二列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器(21)的输出端口分别连通一个第二垂直极化功分器(22)的两输入端口，第三列与第四列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器(21)的输出端口连通另一个第二垂直极化功分器(22)的两输入端口；在行方向上，相邻两个第二垂直极化功分器(22)的输出端口分别连接第三垂直极化功分器(23)的两输入端口；在列方向上，两个第三垂直极化功分器(23)的输出端口连接第四垂直极化功分器(24)的两输入端口；第四垂直极化功分器(24)的输出端口构成该垂直极化单元的总输出端口；水平极化单元包括由H‑T功分器构成的第一水平极化功分器(31)、由H‑T功分器构成的第二水平极化功分器(32)、由E‑T功分器构成的第三水平极化功分器(33)以及由H‑T功分器构成的第四水平极化功分器(34)；第一行与第二行之间以及第三行与第四行之间的两两相邻的极化分离器(10)的水平极化端口(12)均设置于各者的相邻侧面处；上述位于相邻侧面处的两个水平极化端口(12)分别连接第一水平极化功分器(31)的两输入端口；第二水平极化功分器(32)外形呈开口方向与列方向平行的“U”字状结构，第二水平极化功分器(32)的两U型端口构成其输入端口且U型底部构成其输入端口；在行方向上，两两相邻的第一水平极化功分器(31)的输出端口分别连通相应第二水平极化功分器(32)的两输入端口；两两相邻的第二水平极化功分器(32)的输出端口分别连通一个第三水平极化功分器(33)的两输入端口；在列方向上，两个第三水平极化功分器(33)的输出端口连接第四水平极化功分器(34)的两输入端口；第四水平极化功分器(34)的输出端口构成该水平极化单元的总输出端口；第二行上的相邻两个第一垂直极化功分器(21)之间以及第三行上的相邻两个第一垂直极化功分器(21)之间均存有供第四水平极化功分器(34)的两输入端口所在波导臂穿过的间隙；所述第四水平极化功分器(34)的输出端口位于第三行极化分离器(10)与第四行极化分离器(10)之间的预留区域处。...

【技术特征摘要】
1.一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络，其特征在于：本馈电网络包括极化分离器(10)，所述极化分离器(10)上设置用于连接外部辐射器的公共端口(11)、用于连接水平极化单元的水平极化端口(12)以及布置于极化分离器(10)底端面处的用于连接垂直极化单元的垂直极化端口(13)，极化分离器(10)形成四行四列状的基础阵列分布；垂直极化单元包括由Y-T功分器构成的第一垂直极化功分器(21)、由E-T功分器构成的第二垂直极化功分器(22)、由H-T功分器构成的第三垂直极化功分器(23)以及由H-T功分器构成的第四垂直极化功分器(24)；在行方向上，各个第一垂直极化功分器(21)的两输入端口分别连接两两相邻布置的各极化分离器(10)的垂直极化端口(13)；在列方向上，第一列与第二列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器(21)的输出端口分别连通一个第二垂直极化功分器(22)的两输入端口，第三列与第四列上的两两相邻布置的第一垂直极化功分器(21)的输出端口连通另一个第二垂直极化功分器(22)的两输入端口；在行方向上，相邻两个第二垂直极化功分器(22)的输出端口分别连接第三垂直极化功分器(23)的两输入端口；在列方向上，两个第三垂直极化功分器(23)的输出端口连接第四垂直极化功分器(24)的两输入端口；第四垂直极化功分器(24)的输出端口构成该垂直极化单元的总输出端口；水平极化单元包括由H-T功分器构成的第一水平极化功分器(31)、由H-T功分器构成的第二水平极化功分器(32)、由E-T功分器构成的第三水平极化功分器(33)以及由H-T功分器构成的第四水平极化功分器(34)；第一行与第二行之间以及第三行与第四行之间的两两相邻的极化分离器(10)的水平极化端口(12)均设置于各者的相邻侧面处；上述位于相邻侧面处的两个水平极化端口(12)分别连接第一水平极化功分器(31)的两输入端口；第二水平极化功分器(32)外形呈开口方向与列方向平行的“U”字状结构，第二水平极化功分器(32)的两U型端口构成其输入端口且U型底部构成其输入端口；在行方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：金秀梅，胡卫东，侯艳茹，禹清晨，
申请(专利权)人：安徽四创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34