【技术实现步骤摘要】
一种双模双圆极化天线阵列
[0001]本专利技术涉及圆极化天线阵列，尤其是涉及一种双模双圆极化天线阵列。
技术介绍
[0002]圆极化（CP）天线因其良好的抗多径干扰性能和方便的极化匹配而被广泛应用在全球定位系统(GPS)、卫星以及雷达场景中，此外，CP天线具有的高灵活性、更好的移动性和减少传输和接收中的多径反射等优点，使其越发地得到研究者的关注。其中，通过将阶梯状隔膜插入方形空心波导中形成隔板圆极化器，这种隔板圆极化器不仅可以同时形成双圆极化，具有结构紧凑、易于制造的优点，很适合阵列应用。然而，如果将这种隔板圆极化器直接用作大规模阵列的辐射元件，馈电网络的布局很难实现，尤其是对于毫米波段。为了克服这种困难，通常选择在隔板圆极化器上增加阶梯型的耦合谐振腔，以获取足够的空间设计馈电网络，但这又使得其剖面高度增加，也导致栅瓣的产生。
[0003]到目前为止，已报导的隔板双圆极化天线阵列均有两层并联馈电网络，设置大规模阵列时会使天线的刨面很高，还会有旁瓣高的问题。在文献1（“A Wideband Dual Circularly Polarized Full
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Corporate Waveguide Array Antenna Fed by Triple
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Resonant Cavities”.）中公开了一种隔板双圆极化天线阵列，该天线阵列刨面很高，已达到50.6mm（5.06个波长），且旁瓣会比较高，同时辐射部分的结构也比较复杂，增益较低，效率也不是非常理想。由此，上述隔板双圆极...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双模双圆极化天线阵列，包括按照由下至上的顺序层叠的双模馈电网络和辐射网络，所述的双模馈电网络用于将输入其处的TE10模和TEM模形式的电磁波传输至所述的辐射网络；所述的辐射网络用于将所述的双模馈电网络传输至其处的电磁波辐射至自由空间；其特征在于所述的双模馈电网络为基于空心波导结构和基于SISL结构的混合馈电网络；所述的辐射网络为基于隔板结构以及阶梯渐变喇叭结构的混合辐射网络。2.根据权利要求1所述的一种双模双圆极化天线阵列，其特征在于所述的辐射网络包括三块金属板以及设置在三块金属板上的16个辐射单元；将三块金属板分别称为第一金属板、第二金属板和第三金属板；所述的第二金属板位于所述的第一金属板的下方，所述的第三金属板位于所述的第二金属板的下方，所述的第一金属板、所述的第二金属板和所述的第三金属板均为方形板，且三者尺寸相同，所述的第一金属板、所述的第二金属板和所述的第三金属板上下对齐层叠在一起，将每块金属板的长度方向作为左右方向，宽度方向作为前后方向，厚度方向作为上下方向；每个所述的辐射单元均包括第一辐射组件、第二辐射组件和第三辐射组件；所述的第一辐射组件包括开设在所述的第一金属板上的四个圆柱形空心波导，四个圆柱形空心波导分别称为第一圆柱形空心波导、第二圆柱形空心波导、第三圆柱形空心波导和第四圆柱形空心波导；所述的四个圆柱形空心波导的半径相等，所述的四个圆柱形空心波导上下贯穿所述的第一金属板，所述的第一圆柱形空心波导、所述的第二圆柱形空心波导、所述的第三圆柱形空心波导和所述的第四圆柱形空心波导按照2行2列方式均匀间隔分布，且其行方向沿前后方向，列方向沿左右方向，所述的第一圆柱形空心波导位于第1行第1列，所述的第二圆柱形空心波导位于第2行第1列，所述的第三圆柱形空心波导位于第1行第2列，所述的第四圆柱形空心波导位于第2行第2列，所述的第一圆柱形空心波导和所述的第二圆柱形空心波导的中心间距为12.5mm，所述的第一圆柱形空心波导和所述的第三圆柱形空心波导的中心间距为12.5mm，所述的第四圆柱形空心波导和所述的第二圆柱形空心波导的中心间距为12.5mm，所述的第三圆柱形空心波导和所述的第四圆柱形空心波导的中心间距为12.5mm，所述的第一圆柱形空心波导和所述的第二圆柱形空心波导前后对称，将其前后对称面所在平面称为第一对称面，所述的第一圆柱形空心波导和所述的第三圆柱形空心波导左右对称，将其左右对称面所在平面称为第二对称面，第一对称面和第二对称面的相交处为所述的第一辐射组件的中心线，所述的第一圆柱形空心波导自身沿前后方向的对称面所在平面称为第三对称面，所述的第一圆柱形空心波导自身沿左右方向的对称面所在平面称为第四对称面，将第一辐射组件的中心线所在直线称为所述的辐射单元的中心；所述的第二辐射组件包括开设在所述的第二金属板上的一个三级阶梯渐变喇叭，所述的三级阶梯渐变喇叭由三个方形空心波导构成，三个方形空心波导分别称为第一方形空心波导、第二方形空心波导和第三方形空心波导；所述的第一方形空心波导、所述的第二方形空心波导和所述的第三方形空心波导按照从上到下顺序分布，所述的第一方形空心波导、所述的第二方形空心波导和所述的第三方形空心波导的上端面为正方形，所述的第一方形空心波导的上端面与所述的第二金属板的上端面齐平，所述的第一方形空心波导沿上下方向的中心线与所述的第一辐射组件的中心线位于同一直线；所述的第一方形空心波导的沿上下方向四条棱均进行了倒角，所述的第一方形空心波导的前端面所在平面位于所述的第四对称面的前侧且两者之间的距离大于第一空心波导的半径，所述的第二方形空心波导的上端面和所述的第一方形空心波导的下端面连接且呈贴合状态，所述的第二方形
空心波导沿上下方向的中心线与所述的第一方形空心波导沿上下方向的中心线位于同一直线，所述的第二方形空心波导的边长比所述的第一方形空心波导的边长小，所述的第二方形空心波导沿上下方向的高度比所述的第一方形空心波导沿上下方向的高度小， 所述的第二方形空心波导的前端面所在平面位于所述的第四对称面的前侧且两者之间的距离小于第一圆柱形空心波导的半径，所述的第三方形空心波导的上端面和所述的第二方形空心波导的下端面连接且呈贴合状态，所述的第三方形空心波导沿上下方向的中心线与所述的第二方形空心波导沿上下方向的中心线位于同一直线，所述的第三方形空心波导的下端面和所述的第二金属板的下端面齐平，所述的第三方形空心波导的边长比所述的第二方形空心波导的边长小 ，所述的第三方形空心波导沿上下方向的高度比所述的第二方形空心波导沿上下方向的高度大 ， 所述的第三方形空心波导的前端面所在平面位于所述的第四对称面的后侧且两者之间的距离小于第一圆柱形空心波导的半径；所述的第三辐射组件包括开设在所述的第三金属板上的第一方形槽和五级金属阶梯；所述的第一方形槽上下贯穿所述的第三金属板，所述的第一方形槽沿上下方向的中心线与所述的第三方形空心波导沿上下方向的中心线位于同一直线，所述的第一方形槽的前端面与第三方形空心波导的前端面位于同一平面，所述的第一方形槽的后端面与第三方形空心波导的后端面位于同一平面，所述的第一方形槽的左端面与第三方形空心波导的左端面位于同一平面，所述的第一方形槽的右端面与第三方形空心波导的右端面位于同一平面，所述的五级金属阶梯包括五个矩形金属块，五个矩形金属块分别称为第一矩形金属块、第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块和第五矩形金属块，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块按照从前到后的顺序依次设置在所述的第一方形槽内，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第一方形槽的前端面固定连接且呈贴合状态，所述的第二矩形金属块的前端面和第一矩形金属块的后端面固定连接且呈贴合状态，所述的第三矩形金属块的前端面和第二矩形金属块的后端面固定连接且呈贴合状态，所述的第四矩形金属块的前端面和第三矩形金属块的后端面固定连接且呈贴合状态，所述的第五矩形金属块的前端面和第四矩形金属块的后端面固定连接且呈贴合状态，所述的第五矩形金属块的后端面与所述的第一方形槽的后端面固定连接且呈贴合状态，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块的左端面位于同一平面，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块的右端面位于同一平面，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块的下端面与所述的第一方形槽的下端面位于同一平面，所述的第一矩形金属块的右端面到所述的第一方形槽的右端面的距离等于所述的第一矩形金属块的左端面到所述的第一方形槽的左端面的距离，所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度小于所述的第一方形槽沿左右方向的长度，所述的第一矩形金属块的上端面与所述的第一方形槽的上端面位于同一平面，所述的第二矩形金属块沿前后方向的宽度比所述的第一矩形金属块沿前后方向的宽度小，所述的第二矩形金属块沿上下方向的高度比所述的第一矩形金属块沿上下方向的高度小，所述的第三矩形金属块沿前后方向的宽度比所述的第二矩形金属块沿前后方向的宽度大，所述的第三矩形金属块沿上下方向的高度比所述的第二矩形金属块沿上下方向的高度小，所述的
第四矩形金属块沿前后方向的宽度比所述的第三矩形金属块沿前后方向的宽度大，所述的第四矩形金属块沿上下方向的高度比所述的第三矩形金属块沿上下方向的高度小；所述的第五矩形金属块沿前后方向的宽度比所述的第四矩形金属块沿前后方向的宽度小，所述的第五矩形金属块沿上下方向的高度比所述的第四矩形金属块沿上下方向的高度小 ；所述的第一方形槽的下端面的前端、所述的第一方形槽的下端面的后端、所述的第一方形槽的下端面的左端与所述的五级金属阶梯的下端面的左端之间围成所述的辐射单元的第一输入端口，所述的第一方形槽的下端面的前端、所述的第一方形槽的下端面的后端、所述的第一方形槽的下端面的右端与所述的五级金属阶梯的下端面的右端之间围成所述的辐射单元的第二输入端口，四个圆柱形空心波导的上端面共同构成所述的辐射单元的输出端口；16个辐射单元按照4行4列方式均匀间隔分布，且其行方向沿前后方向，列方向沿左右方向， 位于同一行的每相邻两个辐射单元的中心线之间的间距为25mm，位于同一列的每相邻两个辐射单元的中心线之间的间距为25mm。3.根据权利要求2所述的一种双模双圆极化天线阵列，其特征在于所述的双模馈电网络包括两块金属板、一块介质板、一个基于空心波导的一分十六功分器以及十六个模式分离器，将两块金属板称为第四金属板和第五金属板，所述的第四金属板、所述的介质板和所述的第五金属板按照由上至下顺序层叠，所述的第四金属板、所述的介质板和所述的第五金属板三者沿左右方向的长度相等，沿前后方向的长度相等，所述的第四金属板位于所述的第三金属板的下方，所述的第四金属板的上端面与所述的第三金属板的下端面贴合，所述的第四金属板的左端面与所述的第三金属板的左端面齐平，所述的第四金属板的右端面与所述的第三金属板的右端面齐平，所述的第四金属板的前端面与所述的第三金属板的前端面齐平，所述的第四金属板的后端面与所述的第三金属板的后端面齐平；所述的介质板的上表面附着有第一覆铜层，所述的第一覆铜层的前端面与所述的介质板的前端面齐平，所述的第一覆铜层的后端面与所述的介质板的后端面齐平，所述的第一覆铜层的左端面与所述的介质板的左端面齐平，所述的第一覆铜层的右端面与所述的介质板的右端面齐平，所述的介质板的下表面附着有第二覆铜层，所述的第二覆铜层的前端面与所述的介质板的前端面齐平，所述的第二覆铜层的后端面与所述的介质板的后端面齐平，所述的第二覆铜层的左端面与所述的介质板的左端面齐平，所述的第二覆铜层的右端面与所述的介质板的右端面齐平；所述的基于空心波导的一分十六功分器具有一个输入端口和十六个输出端口，所述的基于空心波导的一分十六功分器的厚度方向沿上下方向，所述的基于空心波导的一分十六功分器沿其厚度方向被平分为上半部分结构和下半部分结构，所述的基于空心波导的一分十六功分器的上半部分结构设置在所述的第四金属板上，将该基于空心波导的一分十六功分器的上半部分结构称为第一馈电部分，所述的基于空心波导的一分十六功分器的下半部分结构设置在所述的第五金属板上，将该基于空心波导的一分十六功分器的下半部分结构称为第二馈电部分，所述的第一馈电部分和所述的第二馈电部分上下完全对齐，如果所述的第二馈电部分向下移动将会与所述的第二馈电部分拼接构成完整的基于空心波导的一分十六功分器结构；所述的第一覆铜层上开设有轮廓与基于空心波导的一分十六功分器相同的第一个槽，所述的第二覆铜层上开设有有轮廓与基于空心波导的一分十六功分器相同的第二个槽，如果所述的第一个槽向下移动将会与所述的第二个槽完全重合，所述的第一馈电部分向下移动进入所述的第一个槽时，将会完全落在所述的第一个槽内
部，如果所述的第二馈电部分向上移动进入所述的第二个槽时，将会完全落在所述的第二个槽内部，多个第一金属化通孔从上到下分别依次贯穿所述的第一覆铜层、所述的介质板以及所述的第二覆铜层，多个第一金属化通孔围成一个一分十六功分器轮廓区域，如果所述的第一馈电部分向下移动，将会完全进入该一分十六功分器轮廓区域内部；将由多个第一金属化通孔围成的一分十六功分器轮廓区域称为第一区域，将该第一区域对应于一分十六功分器的输入端口处作为该第一区域的输入端口，将该第一区域对应于一分十六功分器的十六个输出端口处作为该第一区域的十六个输出端口，该第一区域具有一个输入端口和十六个输出端口；所述的第一馈电部分和所述的第二馈电部分构成基于空心波导结构的馈电网络，所述的第一馈电部分具有所述的基于空心波导的一分十六功分器的输入端口和十六个输出端口的上半部分，将基于空心波导的一分十六功分器的输入端口和十六个输出端口的上半部分作为所述的第一馈电部分的一个输入端口和十六个输出端口；所述的第二馈电部分具有所述的基于空心波导的一分十六功分器的输入端口和十六个输出端口的下半部分，将所述的基于空心波导的一分十六功分器的输入端口和十六个输出端口的下半部分作为所述的第二馈电部分的一个输入端口和十六个输出端口；所述的第一馈电部分的一个输入端口和所述的第二馈电部分的一个输入端口共同构成所述的基于空心波导结构的馈电网络的输入端口；所述的第一馈电部分的十六个输出端口和所述的第二馈电...
【专利技术属性】
技术研发人员：董春丽，黄季甫，陆云龙，尤阳，沈书豪，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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