一种CTS平板阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种CTS平板阵列天线，包括从上到下依次设置的极化层、辐射层、模式转换层和馈电网络层，馈电网络层包括4

A CTS planar array antenna

The invention discloses a CTS planar array antenna, which comprises a polarization layer, a radiation layer, a mode conversion layer and a feed network layer which are sequentially arranged from top to bottom, wherein the feeding network layer comprises 4

【技术实现步骤摘要】
一种CTS平板阵列天线
本专利技术涉及一种阵列天线，尤其是涉及一种CTS平板阵列天线。
技术介绍
在星载通信领域，高灵敏度、宽频带和低剖面的高性能天线不仅可以工作在多个频段又可以大幅降低使用成本，得到了广泛的应用。目前常用的平板天线主要有微带平板阵列天线和波导缝隙平板阵列天线。微带平板阵列天线具有剖面低、重量轻和易于加工等优点，但是当频率升高或微带平板阵列天线的阵列规模变大时，微带平板阵列天线的导体损耗和介质损耗将增大，由此导致微带平板阵列天线效率和增益降低。当工作在毫米波或更高频率的系统中时，微带平板阵列天线的效率通常小于30％。由此，虽然微带平板阵列天线可以实现宽频带，但是其无法同时实现高频率、高效率和高增益。波导缝隙平板阵列天线介质损耗低，效率和增益不受介质损耗影响，可以同时实现高频率、高效率和高增益。波导缝隙平板阵列天线分为波导缝隙平板行波阵列天线和波导缝隙平板驻波阵列天线两种。其中，波导缝隙平板行波阵列天线的天线波束指向随频率变化导致天线波束在宽频带范围内指向不一致，由此波导缝隙平板行波阵列天线一般情况下只能在极窄的带宽内应用，频带无法展宽，限制了波导缝隙平板行波阵列天线的应用；波导缝隙驻波阵列天线由于本质上是谐振天线，一旦频率偏离谐振频率，其方向图和副瓣电平等电性能指标会发生明显恶化，从而导致波导缝隙驻波阵列天线也只适用于窄频带应用，频带无法展宽。1990年美国休斯公司(HughesAircraftCompany)专利技术了CTS(连续横向枝节)平板阵列天线。CTS平板阵列天线是一种波导缝隙平板行波阵列天线具有低驻波、高频率、高增益、高效率、对制作精度不敏感以及成本低等特性。CTS平板阵列天线的主体结构是平行板，在平行板的一端馈电，传输的平面波就会沿着平行板区域传播，在垂直入射波方向的平行板上表面连续增加切向节，增加的切向节就会切断上表面的电流分布，此时平行板里面传递的能量就能通过切向节耦合并且向外辐射电磁波。该CTS平板阵列天线的结构仅能够采用串联馈电，受限于串馈网络和馈电端口转换网络，该CTS平板阵列天线线整体频带比较窄，无法展宽。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种宽频带、低副瓣的CTS平板阵列天线。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种CTS平板阵列天线，包括从上到下依次设置的极化层、辐射层、模式转换层和馈电网络层，所述的馈电网络层包括4n个H型单脊波导功分网络和波导魔T，n为大于等于0的整数；当n＝0时，所述的波导魔T设置在所述的H型单脊波导功分网络的中心处；当n≥1时，4n个所述的H型单脊波导功分网络均匀分布形成k行×k列的第1级馈电网络阵列，其中，将所述的第1级馈电网络阵列中2行×2列的H型单脊波导功分网络作为第1级H型单脊波导功分网络单元，所述的第1级馈电网络阵列包括4n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点通过一个H型单脊波导功分网络连接；连接4n-1个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点的H型单脊波导功分网络构成j行×j列的第2级馈电网络阵列，其中，将所述的第2级馈电网络阵列中2行×2列的H型单脊波导功分网络作为第2级H型单脊波导功分网络单元，所述的第2级馈电网络阵列包括4n-1个第2级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第2级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点通过一个H型单脊波导功分网络连接；以此类推，直至仅包括4个H型单脊波导功分网络的第n-1级H型单脊波导功分网络单元构成，所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点也通过一个H型单脊波导功分网络连接，且所述的波导魔T设置在该H型单脊波导功分网络的中心处；所述的第1级馈电网络阵列中的每个H型单脊波导功分网络的四个端口处分别设置有单脊波导-矩形波导转换器。所述的单脊波导-矩形波导转换器包括第一矩形波导，所述的第一矩形波导内设置有第一矩形空腔，所述的第一矩形空腔的左侧设置有E面台阶，所述的E面台阶的高度低于所述的第一矩形空腔的高度，所述的E面台阶与所述的第一矩形空腔的前侧壁、后侧壁和左侧壁连接，所述的第一矩形空腔的右侧设置有H面台阶，所述的H面台阶与所述的第一矩形空腔的右侧壁和后侧壁连接，所述的H面台阶的高度与所述的第一矩形空腔的高度相等，所述的第一矩形波导的上表面设置有与所述的第一矩形空腔相通的矩形波导口，所述的第一矩形波导的前侧面上设置有单脊波导口，所述的单脊波导口与所述的第一矩形空腔连通，所述的单脊波导口的高度与所述的第一矩形空腔的高度相等，所述的单脊波导口的底面与所述的第一矩形空腔的底面位于同一平面上，所述的单脊波导口的底面设置有延伸到所述的第一矩形空腔底面上的脊阶梯，所述的脊阶梯包括依次连接第一矩形脊梁和第二矩形脊梁，所述的第一矩形脊梁的高度大于所述的第二矩形脊梁的高度，所述的第一矩形脊梁的高度小于所述的第一矩形空腔的高度，所述的单脊波导口用于连接所述的H型单脊波导功分网络的端口。该结构中，通过在单脊波导与第一矩形波导相接处设置有脊阶梯，在第一矩形波导H面弯角处设置有与第一矩形空腔等高的H面台阶，在第一矩形波导E面弯角处设置有E面台阶，脊阶梯、H面台阶与E面台阶均用于阻抗匹配，降低因CTS平板阵列天线结构的不连续性带来的回波损耗，使CTS平板阵列天线具有良好的宽带传输特性。所述的模式转换层包括多个均匀间隔分布的1-4等幅同相功分器，所述的1-4等幅同相功分器包括第二矩形波导，所述的第二矩形波导内设置有第二矩形空腔，所述的第二矩形空腔的前侧面和后侧面的中部分别设置有第一匹配隔板，所述的第二矩形空腔的左侧面和右侧面的中部分别设置有第二匹配隔板，所述的第二矩形波导的上表面设置有与所述的第二矩形空腔相通的矩形波导输入口，每个所述的第二匹配板的两侧对称设置有矩形波导输出口，所述的矩形波导输出口从所述的第二矩形空腔的底面延伸到所述的第二矩形波导的底面。该结构中，第二矩形空腔的前侧面和后侧面的中部分别设置有第一匹配隔板，第二矩形空腔的左侧面和右侧面的中部分别设置有第二匹配隔板，由此1-4等幅同相功分器实质是由一个E-T功分器与两个H-T功分器叠加组成，避免了因腔体谐振造成的工作频带过窄问题。位于同一侧的两个矩形波导输入口的中心间距为W，其中，0.75λ0<W<1.15λ0，λ0为CTS平板阵列天线的工作频带的中心频率。该结构可以产生幅度均匀、相位一致的TEM波，有效提高CTS平板阵列天线的增益与效率。所述的辐射层包括多个均匀间隔分布的E面阶梯喇叭。该结构中，辐射层采用的E面阶梯喇叭能够使CTS平板阵列天线在宽带传输的条件下得到较高的增益。所述的极化层包括介质基板、第一金属层和第二金属层，所述的第一金属层包括刻蚀在所述的介质基板上表面且呈周期性分布的多个第一金属条带，所述的第二金属层包括刻蚀在所述的介质基板下表面且呈周期性分布的多个第二金属条带，所述的第二金属条带的方向与所述的辐射层的辐射方向平行，所述的第一金属条带和所述的第二金属条带之间的夹角为45度。该结构能够使CTS平板阵列天线E面方向图和H面方向图得到优化，实现低副瓣。与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CTS平板阵列天线，包括从上到下依次设置的极化层、辐射层、模式转换层和馈电网络层，其特征在于所述的馈电网络层包括4

【技术特征摘要】
1.一种CTS平板阵列天线，包括从上到下依次设置的极化层、辐射层、模式转换层和馈电网络层，其特征在于所述的馈电网络层包括4n个H型单脊波导功分网络和波导魔T，n为大于等于0的整数，当n＝0时，所述的波导魔T设置在所述的H型单脊波导功分网络的中心处；当n≥1时，4n个所述的H型单脊波导功分网络均匀分布形成k行×k列的第1级馈电网络阵列，其中，将所述的第1级馈电网络阵列中2行×2列的H型单脊波导功分网络作为第1级H型单脊波导功分网络单元，所述的第1级馈电网络阵列包括4n-1个第1级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点通过一个H型单脊波导功分网络连接；连接4n-1个所述的第1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点的H型单脊波导功分网络构成j行×j列的第2级馈电网络阵列，其中，将所述的第2级馈电网络阵列中2行×2列的H型单脊波导功分网络作为第2级H型单脊波导功分网络单元，所述的第2级馈电网络阵列包括4n-1个第2级H型单脊波导功分网络单元，每个所述的第2级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点通过一个H型单脊波导功分网络连接；以此类推，直至仅包括4个H型单脊波导功分网络的第n-1级H型单脊波导功分网络单元构成，所述的第n-1级H型单脊波导功分网络单元中的4个H型单脊波导功分网络的中点也通过一个H型单脊波导功分网络连接，且所述的波导魔T设置在该H型单脊波导功分网络的中心处；所述的第1级馈电网络阵列中的每个H型单脊波导功分网络的四个端口处分别设置有单脊波导-矩形波导转换器。2.根据权利要求1所述的一种宽频带CTS平板阵列天线，其特征在于所述的单脊波导-矩形波导转换器包括第一矩形波导，所述的第一矩形波导内设置有第一矩形空腔，所述的第一矩形空腔的左侧设置有E面台阶，所述的E面台阶的高度低于所述的第一矩形空腔的高度，所述的E面台阶与所述的第一矩形空腔的前侧壁、后侧壁和左侧壁连接，所述的第一矩形空腔的右侧设置有H面台阶，所述的H面台阶与所述的第一矩形空腔的右侧壁和后侧壁连接，所述的H面台阶的高度与所述的第一矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤清春，黄季甫，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33