[发明专利]一种基于多层矩形波导功分结构的CTS天线

说明书

本发明公开了一种基于多层矩形波导功分结构的CTS天线，包括矩形波导馈电网络，以及与所述矩形波导馈电网络的输出端口连接的CTS辐射结构，所述矩形波导馈电网络包括一个一分N的矩形波导水平功率分配网络，以及N个一分M的矩形波导垂直功率分配网络，所述N个矩形波导垂直功率分配网络通过矩形波导弯头分别与所述矩形波导水平功率分配网络的N个输出端口相连接；所述N个矩形波导垂直功率分配网络沿水平方向等间距平行排列，其所在平面与矩形波导水平功率分配网络所在平面正交。本发明具有低损耗、低副瓣、低剖面等特点，适用于移动卫星通信、高速数据传输等应用场合。

技术领域

本发明涉及天线通讯技术领域，特别涉及一种基于多层矩形波导功分结构的CTS天线、天线装置。

背景技术

对于以非常高的数据率发射数据的无线信道的需求不断增长，特别是在移动卫星通信领域。然而，特别是在航空领域，缺少能够满足移动使用要求的条件的合适的天线，具体来说，诸如收发一体和低剖面天线。对于与卫星进行定向无线数据通信(例如，在Ku或Ka频带)，由于必须可靠地放置相邻卫星之间的干扰，所以同样对天线的副瓣性能有极高的要求。

根据卫星通信天线的规定要求，所有的管理规定意在确保在移动卫星天线的定向发射或接收操作期间在相邻的卫星之间不产生干扰。为了此目的，通常基于相对目标卫星的分离角来定义最大的输出主瓣宽度和副瓣电平，在天线系统的发射操作期间，必须不能超过针对特定副瓣电平的数值，在天线系统的接收操作期间，较低的副瓣电平也可以减小外界信号的干扰。这导致了对于根据该角度的天线特性的严格的要求。随着目标卫星的分离角减小，天线主瓣宽度需要减小，这就需要天线的输出相位配置和幅度配置而实现。因此，通常使用具有这些特性的抛物面天线。然而，对于多数移动应用，特别对于飞行器，抛物面因为尺寸较大具有很差的实用性。例如，在商用飞行器的情况下，天线安装于机身，并且因此由于额外的空气阻力而必须具有最小的剖面高度。

由于通信系统对高传输速率和高可靠传输的需求日益增长，CTS天线作为一种良好性能和制造稳定性的平板天线正在成为先进天线系统的候选天线。因此，国际上很早就对CTS天线开展了一系列的研究，CTS(Continuous Transverse Stub，连续切向节天线)是一种波导缝隙天线，于二十世纪九十年代由美国雷神公司的William W.Milory最先提出，一提出就引起了学术界的强烈反响(Milroy,W.W.,“Continuous transverse stub(CTS)element devices and methods of making same,”U.S.patent 5,266,961,Aug.29,1991)。传统的CTS天线是由多个开口有切向缝隙的平行板波导组成，任何由平面波激励的平行板波导产生的纵向电流分量会被横向缝隙切断，辐射单元和平行板波导构成简单的T型结构，这种结构是一种非谐振结构，具有频带宽、交叉极化低，易于加工的特点，同时由于采用平行板波导这种非色散结构，使得传输损耗变低，天线效率显著提高。

上述连续切向节天线在实际应用情况下，辐射单元的工作带宽是比较宽的，但是天线的整体带宽受限于串联馈电方式和端口转换网络。为了增加天线整体带宽，实现波束定向，可以适当的改变馈电方式，可以设计出适用于并联馈电工作的CTS天线(Ettorre,M.,F.Foglia Manzillo,M.Casaletti,R.Sauleau,L.Le Coq,and N.Capet,“Continuoustransverse stub array for Ka-band applications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,Vol.63,No.9,4798–4800,Sep.2015.)。Mauro Ettorre等人描述的是一种全金属16阵元的并馈CTS天线，天线工作在Ka波段，辐射单元由若干个等功分波导T型结产生等幅同相的准TEM信号激励，实验结果证明这是一种高增益、低剖面的CTS天线阵列。