[发明专利]双极化多波束空馈天线

说明书

双极化多波束空馈天线，包括双层平板波导、馈源阵和相移阵列；其中，双层平板波导工作在基本模式，整体剖面高度不大于天线工作中心频率的0.7倍波长；馈源阵的上层馈源与下层馈源经过双层平板波导后，辐射出的电磁波主极化分别为±45°；馈源仅照射相移阵列的一部分，其辐射出电磁波的极化与探针平行；相移单元含有金属结构，其已经按照镜像原理将整体高度缩短为原先的0.5倍；从馈源阵的一端沿另一端依次照射相移阵列时，双极化多波束空馈天线可分别辐射出出射方向不同的扇形波束；本发明实现了极化较为纯净、可纵向组阵的双线极化多波束天线，同时天线兼具宽角度覆盖、增益一致性较好的性能；本发明在未来有望应用于第五代移动通信基站天线。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及天线技术，特别涉及双极化多波束空馈天线。

背景技术

通过在圆柱形介质透镜上加载多馈源，可实现增益一致性高，角度覆盖宽的多波束天线。基于多波束介质透镜天线的优越性能，其常被用于雷达探测和点对点通信中。由于低剖面圆柱形介质透镜的上下表面均等效为磁壁，垂直极化的电磁波无法在透镜中传播，介质透镜天线一般仅能辐射水平极化的电磁波。此外，由于互耦过强，低剖面圆柱形介质透镜无法沿纵向组阵。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有传统介质透镜增益一致性高，角度覆盖宽的特性，同时还能够沿纵向组阵，产生双极化电磁波的低剖面多波束空馈天线。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

双极化多波束空馈天线，包括：

双层平板波导1，为由侧边金属板11、顶层金属板12、中层金属板13和底层金属板14构成的双层半开放结构；所述侧边金属板11与顶层金属板12、中层金属板13以及底层金属板14均垂直；所述顶层金属板12、中层金属板13和底层金属板14相互平行；所述中层金属板13在双层平板波导1的宽边开口处具有可以使电磁波极化改变的锯齿状结构；

馈源阵2，由两层构成，每一层均为由若干个等间距或不等间距排布的馈源21构成的直线阵列；所述馈源21由馈电端口211、探针212和半开放背腔构成，其中，上层半开放背腔由两片金属隔板213、顶层金属板12和中层金属板13构成，下层半开放背腔由两片金属隔板213、中层金属板13和底层金属板14构成；所述馈源阵2用于照射所述相移阵列3；

相移阵列3，由两层构成，每一层均为由相移单元31构成的直线阵列；其中，上层相移单元31位于顶层金属板12和中层金属板13之间，下层相移单元31位于中层金属板13和底层金属板14之间；所述相移单元31为具有改变特定来波方向电磁波透射相位功能的透射结构。

所述双层平板波导1工作在基本模式，即电磁波在双层平板波导1的任意一层内均以TEM模式传播。

所述双层平板波导1整体剖面的高度，即顶层金属板12和底层金属板14之间的间距，不大于天线工作中心频率的0.7倍波长，以保证天线沿纵向组阵后不出现明显的栅瓣。

所述馈源21的馈电端口211将探针212激励起单极子工作模式后，探针212再将半开放背腔激励起腔体工作模式，探针212与半开放背腔共同辐射出电磁波；所述馈源21辐射出电磁波的极化与探针212平行；所述馈源21仅照射相移阵列3的一部分。

所述相移单元31含有金属结构，金属结构的中心部分和顶层金属板12或底层金属板14垂直连接。

所述相移单元31需要在天线工作中心频点处，通过调节结构中的参数(金属部分尺寸，介质介电常数等)，在保证高透射幅度(透射幅度大于-3dB)的条件下具有宽透射相移范围(透射相移范围大于180度)的性能。

所述相移单元31按照镜像原理将整体高度缩短为原先的0.5倍，即当相移单元31与金属板脱离连接，其镜像复制的结构与原结构结合为一体后的性能与原相移单元31一致。