[发明专利]一种基于旋转辐射槽的波导阵列天线

权利要求书

1.一种基于旋转辐射槽的波导阵列天线，其特征在于包括按照从上到下顺序层叠的辐射层、耦合层和馈电层，所述的馈电层用于将外部输入其内的能量均匀等分为多路能量，并将该多路能量同时传输到所述的耦合层中，所述的耦合层用于将输入其内的多路能量的幅值和相位均匀分布，抑制了交叉极化和光栅波瓣的恶化，再将多路能量输入所述的辐射层中，所述的辐射层采用旋转辐射槽结构实现，避免了副瓣的恶化，最终将输入其内的多路能量辐射出去；

所述的辐射层包括第一平板以及设置在所述的第一平板上的辐射阵列，所述的第一平板为矩形板，所述的辐射阵列包括等间隔设置的4^(n-1)个辐射单元，n为大于等于3的正整数，所述的辐射单元按照2^(n-1)行×2^(n-1)列的方式分布在所述的第一平板上，每个所述的辐射单元分别包括设置在所述的第一平板上4个辐射腔，4个所述的辐射腔按照2行×2列的方式均匀间隔排布，每个所述的辐射腔分别包括从上到下层叠连通的第一矩形腔和第二矩形腔，所述的第一矩形腔和所述的第二矩形腔的中心位于同一直线上，且该直线垂直于所述的第一平板，将该直线称为该辐射腔的中心线，所述的第一矩形腔的上端面与所述的第一平板的上端面齐平，所述的第一矩形腔的下端面与所述的第二矩形腔的上端面贴合，所述的第二矩形腔的下端面与所述的第一平板的下端面齐平，所述的第一矩形腔的前端面与所述的第二矩形腔的前端面位于同一平面，所述的第一矩形腔的后端面和所述的第二矩形腔的后端面位于同一平面，所述的第一矩形腔的左端面到其右端面之间的距离大于所述的第二矩形腔的左端面到其右端面之间的距离，所述的第一矩形腔的上端面与其下端面之间的距离大于所述的第二矩形腔的上端面与其下端面之间的距离，如果所述的辐射腔绕其中心线逆时针旋转45度，此时该辐射腔的第一矩形腔和第二矩形腔的前端面所在平面将与所述的第一平板前端面所在的平面平行；

所述的耦合层包括第二平板以及设置在所述的第二平板上的耦合腔阵列，所述的第二平板为矩形板，所述的耦合腔阵列包括按照2^(n-1)行×2^(n-1)列均匀间隔排布的4^(n-1)个耦合腔，每个所述的耦合腔分别包括从上到下层叠的第一耦合腔、第二耦合腔和第三耦合腔；

所述的第一耦合腔包括第三矩形腔、第一脊台阶、第二脊台阶、第一等腰直角三角块、第二等腰直角三角块、第三等腰直角三角块和第四等腰直角三角块，所述的第一脊台阶和所述的第二脊台阶均为矩形块，所述的第一脊台阶的前端面与所述的第三矩形腔的前端面连接且两者处于贴合状态，所述的第一脊台阶的左端面与所述的第三矩形腔的左端面之间具有一段距离，所述的第一脊台阶的右端面与所述的第三矩形腔的右端面之间具有一段距离，所述的第一脊台阶的左端面与所述的第三矩形腔的左端面之间的距离等于所述的第一脊台阶的右端面与所述的第三矩形腔的右端面之间的距离，所述的第二脊台阶的后端面与所述的第三矩形腔的后端面连接且两者处于贴合状态，所述的第一脊台阶沿左右方向的长度等于所述的第二脊台阶沿左右方向的长度，所述的第一脊台阶沿前后方向的长度等于所述的第二脊台阶沿前后方向的长度，且所述的第一脊台阶沿前后方向的对称面与所述的第二脊台阶沿前后方向的对称面位于同一平面，所述的第一脊台阶的上端面和所述的第二脊台阶的上端面均与所述的第三矩形腔的上端面齐平，所述的第三矩形腔的上端面与所述的第二平板的上端面齐平，所述的第一脊台阶的下端面和所述的第二脊台阶的下端面均与所述的第三矩形腔的下端面齐平，所述的第一脊台阶沿前后方向的长度与所述的第二脊台阶沿前后方向的长度之和小于所述的第三矩形腔沿前后方向的长度，所述的第一等腰直角三角块、所述的第二等腰直角三角块、所述的第三等腰直角三角块和所述的第四等腰直角三角块四者尺寸完全相同，所述的第一等腰直角三角块的两个直角边的尺寸与所述的第一脊台阶的前端面到其后端面的距离相等，所述的第一等腰直角三角块的两个直角边分别与所述的第三矩形腔的前端面和左端面分别连接且贴合，所述的第一等腰直角三角块的上端面与所述的第三矩形腔的上端面位于同一平面，所述的第一等腰直角三角块的下端面与所述的第三矩形腔的下端面位于同一平面，所述的第二等腰直角三角块的两个直角边与所述的第三矩形腔的前端面和所述的第一脊台阶的右端面分别连接且贴合，所述的第一等腰直角三角块与所述的第一脊台阶不接触，所述的第二等腰直角三角块与所述的第三矩形腔的右端面不接触，如果所述的第一等腰直角三角块相对于所述的第三矩形腔的中心轴线顺时针旋转180度将会与所述的第三等腰直角三角块完全重合，如果所述的第二等腰直角三角块相对于所述的第三矩形腔的中心轴线顺时针旋转180度将会与所述的第四等腰直角三角块完全重合；

所述的第二耦合腔包括第四矩形腔、第五矩形腔、第六矩形腔、第七矩形腔和第八矩形腔，所述的第四矩形腔的左端面和所述的第六矩形腔的左端面分别与所述的第三矩形腔的左端面位于同一平面，所述的第七矩形腔的右端面和所述的第八矩形腔的右端面分别与所述的第三矩形腔的右端面位于同一平面，所述的第四矩形腔的前端面所在平面位于所述的第一脊台阶的后端面所在平面的前侧，所述的第八矩形腔的后端面所在平面位于所述的第二脊台阶的前端面所在平面的后侧，所述的第四矩形腔的左端面与其右端面之间的距离等于所述的第八矩形腔的左端面与其右端面之间的距离，所述的第六矩形腔位于所述的第四矩形腔的后侧且两者之间具有一段距离，所述的第五矩形腔位于所述的第六矩形腔的右侧，所述的第五矩形腔的左端面与所述的第六矩形腔的右端面连接且两者贴合，所述的第七矩形腔位于所述的第五矩形腔的右侧，所述的第七矩形腔的左端面与所述的第五矩形腔的右端面连接且两者贴合，所述的第六矩形腔的前端面与所述的第七矩形腔的前端面位于同一平面，所述的第六矩形腔的后端面与所述的第七矩形腔的后端面位于同一平面，所述的第五矩形腔沿左右方向的对称面与所述的第七矩形腔沿左右方向的对称面位于同一平面，所述的第五矩形腔的前端面与其后端面之间的距离大于所述的第七矩形腔的前端面与其后端面的距离，所述的第五矩形腔的前端面与所述的第四矩形腔的后端面之间具有一段距离，所述的第五矩形腔的后端面与所述的第八矩形腔的前端面之间具有一段距离，所述的第五矩形腔的前端面与所述的第四矩形腔的后端面之间的距离等于所述的第五矩形腔的后端面与所述的第八矩形腔的前端面之间的距离，所述的第六矩形腔的左端面与其右端面之间的距离等于所述的第七矩形腔的左端面与其右端面之间的距离；所述的第四矩形腔、所述的第五矩形腔、所述的第六矩形腔、所述的第七矩形腔和所述的第八矩形腔的上端面均与所述的第三矩形腔的下端面连接且处于贴合状态，所述的第四矩形腔的上端面到其下端面的距离等于所述的第八矩形腔的上端面到其下端面的距离，所述的第五矩形腔的上端面到其下端面的距离、所述的第六矩形腔的上端面到其下端面的距离和所述的第七矩形腔的上端面到其下端面的距离均相等，所述的第四矩形腔的上端面到其下端面的距离小于所述的第五矩形腔的上端面到其下端面的距离；

所述的第三耦合腔包括第九矩形腔，所述的第九矩形腔的左端面与所述的第五矩形腔的左端面位于同一平面，所述的第九矩形腔的前端面与所述的第五矩形腔的前端面位于同一平面，所述的第九矩形腔的右端面与所述的第五矩形腔的右端面位于同一平面，所述的第九矩形腔的后端面与所述的第五矩形腔的后端面位于同一平面，所述的第九矩形腔的上端面与所述的第五矩形腔的下端面连接且贴合，所述的第九矩形腔的下端面位于所述的第二平板的下端面上；4^(n-1)个耦合腔与4^(n-1)个辐射单元一一对应上下连通，在对应的一个耦合腔和一个辐射单元中，辐射单元中位于第1行第1列的辐射腔的第一矩形腔的左端面与耦合腔的第一耦合腔的第一等腰直角三角块的斜边位于同一平面，辐射单元中位于第1行第2列的辐射腔的第一矩形腔的左端面与耦合腔的第一耦合腔的第二等腰直角三角块的斜边位于同一平面，辐射单元中位于第2行第1列的辐射腔的第一矩形腔的右端面与耦合腔的第一耦合腔的第四等腰直角三角块的斜边位于同一平面，辐射单元中位于第2行第2列的辐射腔的第一矩形腔的右端面与耦合腔的第一耦合腔的第三等腰直角三角块的斜边位于同一平面；

所述的馈电层包括第三平板以及设置在所述的第三平板上的馈电网络，所述的第三平板为矩形板，所述的馈电网络包括m级馈电网络阵列、2个T型单脊波导功分网络、4×(2^m×2^m)个单脊波导-矩形波导转换器、矩形波导-单脊波导转换器和矩形波导，m＝n-2，所述的矩形波导为标准WR28波导，所述的矩形波导位于所述的第三平板的背面且其位于所述的第三平板的中心位置，所述的矩形波导的输入端口作为阵列天线的输入端口，每个所述的单脊波导-矩形波导转换器分别具有一个输入端口和一个输出端口，所述的矩形波导-单脊波导转换器具有一个输入端口和两个输出端口，所述的矩形波导的输出端口与所述的矩形波导-单脊波导转换器的输入端口连接，每个所述的T型单脊波导功分网络分别具有一个输入端口和两个输出端口，所述的矩形波导-单脊波导转换器的两个输出端口与两个T型单脊波导功分网络的输入端口一一对应连接，第k级馈电网络阵列包括2^k×2^k个H型单脊波导功分网络，第k级馈电网络阵列中的2^k×2^k个H型单脊波导功分网络按2^k行×2^k列等间隔均匀分布，k＝1,2，…，m，每个H型单脊波导功分网络分别具有一个输入端口和四个输出端口，两个T型单脊波导功分网络的四个输出端口与第1级馈电网络中的2×2个H型单脊波导功分网络的输入端口一一对应连接，第j级馈电网络阵列中的2^j×2^j个H型单脊波导功分网络的4×2^j×2^j个输出端口与第j+1级馈电网络阵列中的2^j+1×2^j+1个H型单脊波导功分网络的2^j+1×2^j+1个输入端口一一对应连接，j＝1,2，…，m-1，第m级馈电网络阵列中的2^m×2^m个H型单脊波导功分网络的4×2^m×2^m个输出端口与4×(2^m×2^m)个单脊波导-矩形波导转换器的输入端口一一对应连接，4×(2^m×2^m)个单脊波导-矩形波导转换器的输出端口与4^(n-1)个耦合腔中的第九矩形腔一一对应连通。