一种双圆极化天线单元及大间距低栅瓣宽带平板阵列天线的制作方法

本实用新型设计涉及的领域为电子信息领域，可用于雷达、通信、测控等增益较高，双极化共用、定向性强的固定波束天线中，为一种高效率的大间距、低栅瓣、宽带双圆极化阵列天线，通过扩展，还可用于电子波束扫描的圆极化相控阵天线。

背景技术：

在电子信息系统中，传统阵列实现大间距低栅瓣的方式有多种，但每一种天线形式具有各自的特色和优缺点，具体表现为以下特点：

1、大间距非周期排布阵列。采用大口径的天线单元进行非周期组阵，将天线单元波瓣的零深与天线阵列阵因子的栅瓣位置对齐，以进行栅瓣抑制，这种方法在天线带宽较窄时具有一定的优势，但天线的带宽和栅瓣的水平受到天线口径的限制，栅瓣抑制并不理想，且不利于实现宽带圆极化信号。

2、不等尺寸单元组成的非周期阵。阵面上采用不同尺寸的单元，排列在同心圆环上，同一个圆环上的辐射单元具有相同的辐射尺寸。这种非周期阵列中采用了单元面积较大，方向性更强的单元，能获得较高的单元增益，且能减少阵面所需要的单元数目。但是阵列不同部分采用不同的单元间距和不同尺寸的单元，对于大型阵列，其设计和建造会比较复杂。

3、随机交错子阵组成的非周期阵。在该种阵面中，同一个子阵的所有单元以等间距规则排列。每个子阵实际结构的选取利用了随机数产生技术，为阵列的排布引入了非周期性，子阵间距的选取使子阵中心构成有规则的栅格。这种结构减少了单元数目并抑制了栅瓣，口径效率比较高。但这种阵列结构中单元间距只有半个波长，并且当阵列规模很大时，划分的子阵数目较多，这种随机交错结构可能会增加系统馈电网络的复杂性。

技术实现要素：

本实用新型具有完全不同于上述几种圆极化宽波束阵列天线的实现思路，提供一种大单元间距条件下，实现宽带双圆极化平板阵列天线，并采用栅瓣抑制措施，可有效的抑制栅瓣，并能克服以上天线中存在的缺点。

为解决以上问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种双圆极化天线单元包括栅瓣抑制隔板4、双极化辐射腔体5、台阶状的圆极化隔板移相器3和天线辐射口6，天线辐射口6的底端与双极化辐射腔体5相连接，双极化辐射腔体5侧壁的中心线上设置有圆极化隔板移相器3，圆极化隔板移相器3将双极化辐射腔体5的馈电端口分成左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8；栅瓣抑制隔板4为十字交叉排布的金属膜片，栅瓣抑制隔板4的中心线与天线辐射口6的中心线相重合，栅瓣抑制隔板4的边缘包络形状与天线辐射口6的内壁相同且固定连接在天线辐射口6的内壁上部，栅瓣抑制隔板4的宽度与天线辐射口6的内壁尺寸相同。

其中，所述的天线辐射口6为圆形或者方形的波导开口，包括用于设置栅瓣抑制隔板4的上部和位于栅瓣抑制隔板4与双极化辐射腔体5之间的过渡段，过渡段为锥形、阶梯台阶状或者圆矩形；用于设置栅瓣抑制隔板4的上部底端通过锥形过渡段、阶梯台阶状过渡段或者圆矩形过渡段与双极化辐射腔体5相连接。

其中，所述的天线辐射口6的口面尺寸为1.0至2.5倍波长；圆极化隔板移相器3的整体高度为1.0至2.0倍波长。

其中，所述的栅瓣抑制隔板4通过螺接或者焊接方式固定连接在天线辐射口6的内壁。

一种大间距低栅瓣宽带双圆极化平板阵列天线，包括m×n个双圆极化天线单元2和馈电网络，其中m，n均为大于1的自然数；所述的馈电网络为双层微带、双层E面波导或者双层H面波导形式，每一层分别与左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8一一对应相连接。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1、本实用新型采用金属波导有利于提高天线的效率。

2、本实用新型利用金属隔板进行移相，且圆极化端口可自由选择，可根据不同的极化需求进行设计，轴比带宽可覆盖近2倍频。

3、本实用新型在天线单元的口面加载十字金属隔板，可实现良好的栅瓣抑制效果，有利于后端馈电网络的设计。

4、本实用新型天线单元辐射的口面可以是圆形或方形，双极化辐射腔体到辐射口面的过渡可以是方锥形，方锥与方形结合，圆锥形或者阶梯台形等。

5、天线阵列的实现方式可多样化，机械加工、焊接、注塑、铸造等均可以实现该实用新型。

附图说明

图1是本实用新型的一种大间距低栅瓣宽带双圆极化平板阵列天线两维示意图。

图2是本实用新型的一种大间距低栅瓣宽带双圆极化平板阵列天线俯视图。

图3是本实用新型的所示方锥与方形口面结合的单元示意图。

图4是本实用新型的所示方锥形辐射口面的单元示意图。

图5为本实用新型的所示圆矩形辐射口面的单元示意图。

图6为本实用新型的所示阶梯台形辐射口面的单元示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图6对本实用新型做进一步详细的说明。

参照图1至图6，一种大间距低栅瓣宽带双圆极化平板阵列天线1，由m×n个双圆极化天线单元2组成，其中m，n均为大于1的自然数。双圆极化天线单元2包括双极化辐射腔体5、圆极化隔板移相器3、栅瓣抑制隔板4、天线辐射口6、左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8；

圆极化隔板移相器3为一个台阶状的金属隔板，位于双极化辐射腔体5侧壁的中心线上，圆极化隔板移相器3的底边与双极化辐射腔体5的馈电端口面相交，其底边长度与馈电端口面的宽度相同；圆极化隔板移相器3将双极化辐射腔体5的馈电端口分成左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8。

天线辐射口6为圆形或者方形的波导开口，天线辐射口6的底端与双极化辐射腔体5相连接，天线辐射口6的上部接有栅瓣抑制隔板4；栅瓣抑制隔板4与双极化辐射腔体5之间为过渡段，过渡段为锥形、阶梯台阶或者圆矩形。

栅瓣抑制隔板4为十字交叉排布的金属膜片，栅瓣抑制隔板4通过螺接、焊接等方式与天线辐射口6的四壁进行连接。

馈电网络为双层微带、双层E面波导或者双层H面波导形式，每一层分别与左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8相连接。

天线辐射口6的口面尺寸为1.0至2.5倍波长，被栅瓣抑制隔板4分为4个相同面积的部分，圆极化隔板移相器3的整体高度为1.0至2.0倍波长。

以某频段卫星通信大间距平板阵列天线的设计为例，采用该实用新型技术后，可以显著降低栅瓣，并能实现宽带双圆极化。设计的天线案例带宽覆盖1.5倍频，单元形式选取如图3的形式，天线辐射口6的口面尺寸为1.3波长(低频)到0.87波长(高频)，栅瓣抑制隔板4的高度为0.5波长(低频)到0.78波长(高频)，若采用传统的阵列排布，则天线阵列合成的栅瓣在整个频带内均大于-5dB；采用该技术后，低频段的栅瓣低于阵列的第一副瓣，高频段的栅瓣低于-12dB，同时天线阵列轴比特性在带内均小于1dB，因此采用该技术后大大改善了阵列波束性能。

工作原理

当发射信号时，发射机产生的信号经双层馈电网络分别进入左旋圆极化馈电端口7和右旋圆极化馈电端口8。其中，经过左旋圆极化馈电端口7的信号，在波导腔内传输，到达圆极化隔板移相器3时，将线极化信号转化为左旋圆极化信号，由双极化辐射腔体5辐射到天线辐射口6，经过栅瓣抑制隔板4时，有效降低了大间距时的阵列栅瓣。经过右旋圆极化馈电端口8的信号，在波导腔内传输，到达圆极化隔板移相器3时，将线极化信号转化为右旋圆极化信号，由双极化辐射腔体5辐射到天线辐射口6，经过栅瓣抑制隔板4时，有效降低了大间距时的阵列栅瓣。

当接收信号时，空间来的圆极化极化信号到达天线辐射口6，经过栅瓣抑制隔板4时，有效降低了大间距时的阵列栅瓣，经过双极化辐射腔体5中的圆极化隔板移相器3，左旋圆极化转化为线极化，经由左旋圆极化馈电端口7进入其连接的馈电网络，实现左旋圆极化信号的接收功能。信号经过双极化辐射腔体5中的圆极化隔板移相器3，右旋圆极化转化为线极化，经由右旋圆极化馈电端口8进入其连接的馈电网络，实现右旋圆极化信号的接收功能。