[发明专利]一种毫米波宽带圆极化辐射器及其设计方法

权利要求书

1.一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，包括多层渐变金属台阶、波导腔金属底座以及金属腔壁，所述金属腔壁与波导腔金属底座连接形成一面开口的波导空气腔，所述波导空气腔内斜对角分布一对多层渐变金属台阶，波导腔金属底座的中轴线上开有一条矩形激励缝隙，从波导空气腔的开口方向由上向下看，所述多层渐变金属台阶与矩形激励缝隙平行；一对所述多层渐变金属台阶分布于矩形激励缝隙的两侧，每个多层渐变金属台阶3个不同尺寸的矩形金属块堆叠而成，矩形金属块的尺寸从上到下依次增大，3个不同尺寸的矩形金属块分别定义为第一矩形金属块、第二矩形金属块以及第三矩形金属块；

调整多层渐变金属台阶的参数的过程为：

步骤一：确定工作带宽B＝[f₀,f_e]，其中，f₀表示工作最低频率，f_e表示工作最低频率；

步骤二：初始化多层渐变金属台阶的中心距波导空气腔的中心的距离d＝a/4，其中，a为波导空气腔的内壁宽度；

步骤三：初始化第一矩形金属块的尺寸：W1＝(a-W4)/20、L1＝b/20、H1＝λ/10，其中，λ为中心频点的自由空间波长，其中，W1为第一矩形金属块的宽度，L1为第一矩形金属块的长度，H1为第一矩形金属块的高度，W4为矩形激励缝隙的宽度，b为波导空气腔的内壁长度，λ为工作频带内中心频点的自由空间波长；

步骤四：优化第二矩形金属块的尺寸：W1W2(a-W4)/2、L1L2b/2、λ/10H2λ/3，其中，W2为第二矩形金属块的宽度，L2为第二矩形金属块的长度，H2为第二矩形金属块的高度；

步骤五：优化第三矩形金属块的尺寸：W2W3(a-W4)/2、L2L3b/2、λ/10H3λ/3，其中，W3为第三矩形金属块的宽度，L3为第三矩形金属块的长度，H3为第三矩形金属块的高度；

步骤六：提取口径长宽分别为a和b的波导空气腔在工作频带内波导波长λg＝[λg₀,λg_e]，其中，λg₀为波导空气腔在工作频带内最小波导波长，λg_e为波导空气腔在工作频带内最大波导波长；

步骤七：根据多层渐变金属台阶的层数将波导空气腔分层，分别提取各层波导空气腔单独馈电时在工作带宽内的波导波长其中，λg_i为第i层波导空气腔单独馈电时在工作带宽内的波导波长，/为第i层波导空气腔单独馈电时在工作带宽内的最小波长，/为第i层波导空气腔单独馈电时在工作带宽内的最大波长；

步骤八：通过公式计算带内总相差；

步骤九：计算带内总相差与90度的差，判断其平坦度是否能满足要求，如果不能，则将第一矩形金属块的尺寸微量增加，调整多层渐变金属台阶的中心距波导空气腔的中心的距离d，依次重复步骤四～步骤八，直到满足要求。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，所述波导空气腔的辐射口径为矩形或者正方形，口径边长大于1/2λ，其中，λ为工作频带内中心频点的自由空间波长。

3.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，一对所述多层渐变金属台阶分布于矩形激励缝隙的两侧，每个多层渐变金属台阶由多个不同尺寸的矩形金属块堆叠而成，矩形金属块的尺寸从上到下依次增大，矩形金属块的数量N≥2。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，所述多层渐变金属台阶紧贴金属腔壁内表面与波导腔金属底座，多层渐变金属台阶的高度与金属腔壁的高度相同。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，所述波导腔金属底座和金属腔壁的内表面光滑，均采用铝制材料一体化加工而成。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带圆极化辐射器，其特征在于，所述矩形激励缝隙为圆极化辐射器的馈电端口，长度为1/2λ，λ为工作频带内中心频点的自由空间波长，且矩形激励缝隙的宽度小于其长度。