一种基于脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子天线及阵列的制作方法

本申请属于天线，具体涉及一种基于脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子阵列天线。

背景技术：

1、阵列天线的高定向性是由多个相同天线的方向图叠加实现的，对于无源阵列天线，用于给各天线单元馈电的馈电网络在很大程度上决定了阵列天线的辐射效率，其中金属腔波导传输结构是以往实现低损耗、复杂多级馈电网络的主要传输线形式，也是高辐射效率无源阵列天线主要采用的馈电网络结构。

2、脊间隙波导因为无需焊接，同时相比于传统金属腔波导结构其尺寸更小、重量更轻，而且电损耗几乎没有区别，因此近年来常被用来设计一些小型化和高辐射效率需求的无源阵列天线。但是，基于脊间隙波导的双极化阵列天线目前还有许多不足，例如具备宽带性能但是因为难以实现紧凑的脊间隙波导馈电网络而导致只能实现一维线阵，或者能够实现二维面阵但是天线带宽非常窄，因此基于脊间隙波导的宽带双极化二维阵列会具有更广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子阵列天线及阵列，以至少解决现有技术中的脊间隙波导无法兼顾宽带性能和二维双极化阵面的技术问题。

2、根据本申请的一个方面，提供一种基于脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子天线，包括顺序设置的辐射天线层、pcb馈电网络层和脊间隙波导网络层；

3、其中，

4、所述辐射天线层，包括若干个双极化电磁偶极子天线单元；

5、所述pcb馈电网络层，包括耦合馈电结构和带状线功分网络；

6、所述脊间隙波导网络层，包括脊间隙波导功分网络；

7、所述脊间隙波导功分网络与所述带状线功分网络均包括水平极化功分网络和垂直极化功分网络的各至少一级功分结构，且所述脊间隙波导功分网络与所述带状线功分网络按照功分级数顺序配合形成馈电网络多级结构，且所述馈电网络多级结构通过所述带状线功分网络向对应的所述双极化电磁偶极子天线单元馈电。

8、进一步的，按照从所述辐射天线层向所述脊间隙波导层的方向，所述pcb馈电网络层包括顺序布置的第一带状线多层结构和第二带状线多层结构；

9、所述耦合馈电结构位于所述第一带状线多层结构中；

10、所述带状线功分网络中的水平极化功分结构和垂直极化功分结构分别位于不同的带状线多层结构中。

11、进一步的，按照所述方向，所述第一带状线多层结构包括顺序布置的第一层、第二层、第三层和第四层，所述第二带状线多层结构包括顺序布置的第五层、第六层、第七层和第八层；

12、所述耦合馈电结构分别位于所述第二层和第三层中，所述带状线功分网络中的水平极化功分结构和垂直极化功分结构一个位于所述第三层、另一个位于所述第七层中。

13、进一步的，所述pcb馈电网络层的第一层、第四层、第五层、第八层为接地层；所述第一层中设置有耶路撒冷十字槽；所述位于耶路撒冷十字槽下方接地层的类方形区域以及所述第六层的铜皮均被去除；所述pcb馈电网络层2中的带状线馈电网络周围设置有金属屏蔽通孔。

14、进一步的，按照所述方向，所述脊间隙波导网络层包括顺序布置的第一脊间隙波导网络层和第二脊间隙波导网络层；

15、所述脊间隙波导功分网络中的水平极化功分结构的主体和垂直极化功分结构的主体分别位于不同的脊间隙波导网络层中。

16、进一步的，所述水平极化功分网络和垂直极化功分网络中的其中一个极化方向的功分网络的第1至n级位于所述第一脊间隙波导网络层中、第n+1至m级位于所述第一带状线多层结构中；

17、所述水平极化功分网络和垂直极化功分网络中的另一种极化方向的功分网络的第1至n级位于所述第二脊间隙波导网络层中、第n+1级位于所述第一脊间隙波导网络层3和所述第二脊间隙波导网络层过渡中、第n+2至m级位于所述第二带状线多层结构中；

18、所述1至n、n+1至m均为按从大到小排序，所述m为所述馈电网络多级结构的层数，所述m大于等于n+2。

19、进一步的，所述pcb馈电网络层的第八层设置有若干个金属引脚作为所述带状线功分网络中的水平极化功分结构和垂直极化功分结构的输入端；

20、所述第一脊间隙波导网络层的脊上设置有若干个弹性探针，所述位于第一脊间隙波导网络层3中的功分网络的最后一级通过所述弹性探针与对应的所述金属引脚紧密接触。

21、进一步的，所述馈电网络多级结构由多种不同结构的t形节功分器组成，所述多种不同结构的t形节功分器包括：

22、第一种t形节结构，为所述垂直极化功分网络和所述水平极化功分网络的第1级，其输入端为矩形波导，输出端为脊间隙波导，两路输出信号幅度相同，相位相反；

23、第二种t形节结构，为位于所述第一脊间隙波导网络层中的功分网络的第2至第n-1级，以及位于所述第二脊间隙波导网络层中的功分网络的第2至第n级，其输入端和输出端均为脊间隙波导，两路输出信号等幅同相；

24、第三种t形节结构，为位于所述第一脊间隙波导网络层中的功分网络的第n级，其输入端为脊间隙波导，输出端为带状线，两路输出信号等幅同相；

25、第四种t形节结构，为位于所述第一脊间隙波导网络层和所述第二脊间隙波导网络层过渡中的级，其输入端为第二脊间隙波导网络层的脊间隙波导，输出端为第一脊间隙波导网络层的脊间隙波导，两路输出信号幅度相同，相位相反；

26、第五种t形节结构，为位于所述第一带状线多层结构中的所述第n+1至m级，以及位于所述第二带状线多层结构中的所述第n+2至m级，其输入端和输出端均为带状线，两路输出信号等幅同相。

27、进一步的，所述水平极化功分网络和垂直极化功分网络的端口均为位于所述第二脊间隙波导网络层的背面的矩形波导端口。

28、进一步的，位于所述第一脊间隙波导网络层的功分网络的第1级的输入端通过“冂”字形结构过渡到所述矩形波导端口。

29、进一步的，所述n为5，所述m为7。

30、本发明的第二个方面，提供一种阵列，包括多个本申请第一方面所述天线，每个所述天线通过矩形波导接口将对应的所述天线作为子阵控制。

31、本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

32、(1)本发明采用脊间隙波导结构联合pcb带状线结构设计阵列的功分网络，通过将脊间隙波导功分网络的末级换成了pcb带状线结构，并且兼顾设置pcb带状线波导形式的级数在整个功分网络中的占比相对于脊间隙波导形式的级数小，使得功分网络的整体结构更加紧凑的同时兼顾信号的低损耗性；本发明同时采用电磁偶极子的天线单元结合缝隙耦合馈电的结构实现了基于脊间隙波导的宽带双极化二维无源阵列。

33、(2)本发明的各层结构之间只需靠螺钉紧固，无需焊接，组装方便，同时体积小、质量轻。

34、(3)本发明可以通过阵列天线背面的矩形波导射频接口将阵列天线作为子阵控制，以此来实现更大规模的阵面。

技术特征：

1.一种基于脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子天线，其特征在于，包括顺序设置的辐射天线层、pcb馈电网络层和脊间隙波导网络层；

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，按照从所述辐射天线层向所述脊间隙波导层的方向，所述pcb馈电网络层包括顺序布置的第一带状线多层结构和第二带状线多层结构；

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，按照所述方向，所述第一带状线多层结构包括顺序布置的第一层、第二层、第三层和第四层，所述第二带状线多层结构包括顺序布置的第五层、第六层、第七层和第八层；

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述pcb馈电网络层的第一层、第四层、第五层、第八层为接地层；所述第一层中设置有耶路撒冷十字槽；所述位于耶路撒冷十字槽下方接地层的类方形区域以及所述第六层的铜皮均被去除；所述pcb馈电网络层中的带状线馈电网络周围设置有金属屏蔽通孔。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，按照所述方向，所述脊间隙波导网络层包括顺序布置的第一脊间隙波导网络层和第二脊间隙波导网络层；

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述水平极化功分网络和垂直极化功分网络中的其中一个极化方向的功分网络的第1至n级位于所述第一脊间隙波导网络层中、第n+1至m级位于所述第一带状线多层结构中；

7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述pcb馈电网络层的第八层设置有若干个金属引脚作为所述带状线功分网络中的水平极化功分结构和垂直极化功分结构的输入端；

8.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述馈电网络多级结构由多种不同结构的t形节功分器组成，所述多种不同结构的t形节功分器包括：

9.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述水平极化功分网络和垂直极化功分网络的端口均为位于所述第二脊间隙波导网络层的背面的矩形波导端口。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，位于所述第一脊间隙波导网络层的功分网络的第1级的输入端通过“冂”字形结构过渡到所述矩形波导端口。

11.根据权利要求6至10中任意一项所述的天线，其特征在于，所述n为5，所述m为7。

12.一种阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1-11中任意一项所述天线，每个所述天线通过矩形波导接口将对应的所述天线作为子阵控制。

技术总结
本申请公开了一种基于脊间隙波导网络的双极化电磁偶极子天线及阵列，所述天线包括顺序设置的辐射天线层、PCB馈电网络层和脊间隙波导网络层；所述辐射天线层包括若干个双极化电磁偶极子天线单元；所述PCB馈电网络层包括耦合馈电结构和带状线功分网络；所述脊间隙波导网络层包括脊间隙波导功分网络；所述脊间隙波导功分网络与所述带状线功分网络均包括水平极化功分网络和垂直极化功分网络的各至少一级功分结构，且所述脊间隙波导功分网络与所述带状线功分网络按照功分级数顺序配合形成馈电网络多级结构，且通过所述带状线功分网络向对应的所述双极化电磁偶极子天线单元馈电。本申请的天线整体结构紧凑，是一种宽带双极化二维无源阵列。

技术研发人员：万家辉,于家伟,黄晨路,任波
受保护的技术使用者：南京华成微波技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15