本發(fā)明涉及一種cts平板陣列天線，尤其是涉及一種小型化cts平板陣列天線。

背景技術(shù)：

近年來，高靈敏度、寬頻帶和低剖面的高性能平板天線由于具有多頻段、低成本的特點(diǎn)，在無線通信、超寬帶通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用的平板天線形式主要有微帶陣列天線、波導(dǎo)縫隙陣列天線和cts(連續(xù)橫向枝節(jié))平板陣列天線。微帶陣列天線具有剖面低、小型化、重量輕、易加工等特性，但是當(dāng)頻率升高或天線陣列規(guī)模變大時，微帶天線由于導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗導(dǎo)致其插損增大，無法滿足高頻率和高效率的應(yīng)用。波導(dǎo)縫隙陣列天線分為波導(dǎo)縫隙行波陣和駐波陣兩種形式，具有導(dǎo)體損耗低、高效率、性能穩(wěn)定等特性，但是波導(dǎo)縫隙行波陣天線波束指向隨頻率變化，導(dǎo)致天線波束在寬頻帶范圍內(nèi)指向不一致，只能在極窄的帶寬內(nèi)應(yīng)用，頻帶無法展寬；波導(dǎo)縫隙駐波陣由于本質(zhì)上是諧振天線，一旦頻率偏離諧振頻率，方向圖、副瓣電平等電性能指標(biāo)會發(fā)生明顯惡化，從而導(dǎo)致波導(dǎo)縫隙駐波陣天線只適用于窄頻帶應(yīng)用，且?guī)捙c陣列天線規(guī)模成反比。cts平板陣列天線具有低駐波、高增益、高效率、低成本、對制作精度不敏感等特性。cts平板陣列天線由開有切向縫隙的平行板波導(dǎo)組成，任何由平面波激勵的平行板波導(dǎo)產(chǎn)生的縱向電流分量會被橫向縫隙切斷，在縫隙和平行板波導(dǎo)的交界處產(chǎn)生縱向位移電流，此時平行板里面?zhèn)鬟f的能量就能通過切向節(jié)耦合并且向外輻射電磁波。

現(xiàn)有的cts平板陣列天線通常包括平板反射器、波導(dǎo)功分器和輻射單元，平板反射器包括h面扇形喇叭天線、偏置拋物反射面和平板波導(dǎo)，h面扇形喇叭天線和偏置拋物反射面設(shè)置在平板波導(dǎo)內(nèi)部，h面扇形喇叭天線的相位中心設(shè)置在偏置拋物反射面的焦點(diǎn)，波導(dǎo)功分器連接在偏置拋物反射面的一端，并位于平板陣列天線的e面內(nèi)，為平板陣列天線e面做等幅分布，天線輻射單元包括矩形波導(dǎo)及與矩形波導(dǎo)正交組裝的介質(zhì)格柵。該cts平板陣列天線中，平板反射器采用柱面波轉(zhuǎn)換平面波和反射器天線原理產(chǎn)生平面波，將h面扇形喇叭天線置于拋物面反射器的焦點(diǎn)處，喇叭天線輻射的場在偏置拋物反射面處產(chǎn)生等幅度同相位的平面波。

但是，現(xiàn)有的cts平板陣列天線存在以下問題：一、平板反射器的偏置拋物反射面需要較大的空間，尺寸較大；二、偏置拋物反射面加工要求較高，且裝配過程中，偏置拋物反射面的焦點(diǎn)與h面扇形喇叭天線的相位中心需要嚴(yán)格對準(zhǔn)，裝配要求較高；三、波導(dǎo)功分器由至少四層波導(dǎo)功分層層疊形成，尺寸較大，且每個波導(dǎo)功分層需要分別加工后再組裝，裝配要求過程復(fù)雜，裝配要求高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在具有寬頻帶、高增益和高效率的基礎(chǔ)上，尺寸較小、加工裝配過程簡單的小型化cts平板陣列天線。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種小型化cts平板陣列天線，包括從上往下依次排列的輻射層、波導(dǎo)功分層、模式轉(zhuǎn)換層和饋電網(wǎng)絡(luò)層；所述的模式轉(zhuǎn)換層包括第一金屬平板以及設(shè)置在所述的第一金屬平板上表面的模式轉(zhuǎn)換腔陣列，所述的模式轉(zhuǎn)換腔陣列由n²個模式轉(zhuǎn)換腔按照n行×n列的方式排布，n為大于等于4的整數(shù)，位于同一列的n個所述的模式轉(zhuǎn)換腔依次首尾連接，位于第k行第j列的模式轉(zhuǎn)換腔與位于第k行第j+1列的模式轉(zhuǎn)換腔之間的中心間距位于1.5倍的波長至2倍的波長之間，k＝1，2，3，…，n，j＝1，2，3，…，n-1，所述的模式轉(zhuǎn)換腔包括從前向后依次連接的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔、第五矩形腔、第六矩形腔、第七矩形腔、第八矩形腔和第九矩形腔，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、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、所述的第八矩形腔和所述的第九矩形腔的長度方向沿所述的模式轉(zhuǎn)換腔陣列的行方向，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、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、所述的第八矩形腔和所述的第九矩形腔的寬度方向沿所述的模式轉(zhuǎn)換腔陣列的列方向，所述的第二矩形腔和所述的第三矩形腔和所述的第四矩形腔的長度相等，以所述的第一矩形腔的中心作為基準(zhǔn)，所述的第二矩形腔的中心相對于所述的第一矩形腔的中心向右偏移，所述的第二矩形腔的右端寬邊超出所述的第一矩形腔的右端寬邊，所述的第三矩形腔的中心和所述的第五矩形腔的中心與所述的第一矩形腔的中心位于同一直線上，所述的第四矩形腔的中心相對于所述的第一矩形腔的中心向左偏移，所述的第四矩形腔的左端寬邊超出所述的第一矩形腔的左端寬邊，所述的第六矩形腔和所述的第四矩形腔相對于所述的第五矩形腔的中心對稱，所述的第七矩形腔和所述的第三矩形腔相對于所述的第五矩形腔的中心對稱，所述的第八矩形腔和所述的第二矩形腔相對于所述的第五矩形腔的中心對稱，所述的第九矩形腔和所述的第一矩形腔相對于所述的第五矩形腔的中心對稱，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、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、所述的第八矩形腔和所述的第九矩形腔通過在所述的第一金屬平板的上表面開設(shè)矩形槽形成，所述的第一矩形腔、所述的第二矩形腔、所述的第三矩形腔、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、所述的第八矩形腔和所述的第九矩形腔的厚度相等且小于所述的第一金屬平板的厚度，所述的第一金屬平板的下表面設(shè)置有n²個輸入端口，n²個輸入端口按照n行×n列的方式排布，n²個所述的輸入端口分別通過在所述的第一金屬平板的下表面開設(shè)矩形槽實(shí)現(xiàn)，n²個所述的輸入端口與n²個所述的模式轉(zhuǎn)換腔按照一一對應(yīng)連接，所述的輸入端口的長度與所述的第五矩形腔的長度相等，所述的輸入端口的寬度與所述的第五矩形腔的寬度之差小于所述的第四矩形腔的寬度，每個所述的輸入端口的中心與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔中第五矩形腔的中心重疊，每個所述的輸入端口的長度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔中第五矩形腔的長度方向平行，每個所述的輸入端口的寬度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔中第五矩形腔的寬度方向重疊；所述的饋電網(wǎng)絡(luò)層包括4ⁿ個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)、兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器和e面波導(dǎo)功分器，n為大于等于1的整數(shù)，所述的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入端和四個輸出端，所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器具有矩形波導(dǎo)輸入端和單脊波導(dǎo)輸出端，4ⁿ個所述的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)均勻分布形成k行×k列的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中將所述的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，所述的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-1個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個所述的第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；連接4^n-1個所述的第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成j行×j列的第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中，將所述的第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，所述的第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-2個第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個所述的第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；以此類推，直至僅包括4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成，所述的第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端也通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接，兩個所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的單脊波導(dǎo)輸出口分別與所述的第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接，兩個所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的矩形波導(dǎo)輸入端分別與所述的e面波導(dǎo)功分器的輸出端連接，所述的e面波導(dǎo)功分器的輸入端為所述的cts平板陣列天線的輸入端，所述的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)中的每個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的四個輸出端分別設(shè)置有單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器。

所述的單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器包括第一矩形金屬塊，所述的第一矩形金屬塊內(nèi)設(shè)置有第一矩形空腔，所述的第一矩形空腔的左側(cè)設(shè)置有第一e面臺階，所述的第一e面臺階的高度低于所述的第一矩形空腔的高度，所述的第一e面臺階與所述的第一矩形空腔的前側(cè)壁、后側(cè)壁和左側(cè)壁連接，所述的第一矩形空腔的右側(cè)設(shè)置有第一h面臺階，所述的第一h面臺階與所述的第一矩形空腔的右側(cè)壁和后側(cè)壁連接，所述的第一h面臺階的高度與所述的第一矩形空腔的高度相等，所述的第一矩形金屬塊的上表面設(shè)置有與所述的第一矩形空腔相通的矩形波導(dǎo)輸出口，所述的第一矩形金屬塊的前側(cè)面上設(shè)置有單脊波導(dǎo)輸入口，所述的單脊波導(dǎo)輸入口與所述的第一矩形空腔連通，所述的單脊波導(dǎo)輸入口的高度與所述的第一矩形空腔的高度相等，所述的單脊波導(dǎo)輸入口的底面與所述的第一矩形空腔的底面位于同一平面上，所述的單脊波導(dǎo)輸入口的底面設(shè)置有延伸到所述的第一矩形空腔底面上的第一脊階梯，所述的第一脊階梯包括依次連接的第一矩形脊梁和第二矩形脊梁，所述的第一矩形脊梁的高度大于所述的第二矩形脊梁的高度，所述的第一矩形脊梁的高度小于所述的第一矩形空腔的高度。該結(jié)構(gòu)中，單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器在單脊波導(dǎo)與矩形波導(dǎo)相接處設(shè)置有第一脊階梯，在矩形波導(dǎo)h面彎角處設(shè)置有與矩形波導(dǎo)等高的第一h面臺階，在矩形波導(dǎo)e面彎角處設(shè)置有第一e面臺階，第一脊階梯、第一e面臺階與第一h面臺階用于阻抗匹配，降低因結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性帶來的回波損耗，使該結(jié)構(gòu)具有良好的寬帶傳輸特性。

所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器包括第一金屬矩形板、第二金屬矩形板、第一金屬矩形側(cè)板和第二金屬矩形側(cè)板，所述的第一金屬矩形板和所述的第二金屬矩形板上下對稱設(shè)置，所述的第一金屬矩形側(cè)板連接所述的第一金屬矩形板的左側(cè)和所述的第二金屬矩形板的左側(cè)，所述的第二金屬矩形側(cè)板連接所述的第一金屬矩形板的右側(cè)和所述的第二金屬矩形板的右側(cè)，所述的第一金屬矩形板、所述的第二金屬矩形板、所述的第一金屬矩形側(cè)板和所述的第二金屬矩形側(cè)板連接圍成第二矩形空腔，所述的第二矩形空腔內(nèi)設(shè)置有第二e面臺階、第二h面臺階、第三h面臺階和第二脊階梯，所述的第二e面臺階的前端面與所述的第二矩形空腔的前端面齊平，所述的第二e面臺階的左端面與所述的第一金屬矩形側(cè)板的內(nèi)側(cè)面貼合，所述的第二e面臺階的右端面與所述的第二金屬矩形側(cè)板的內(nèi)側(cè)面貼合，所述的第二e面臺階的下端面與所述的第一金屬矩形板的上端面貼合，所述的第二e面臺階的高度小于所述的第二矩形空腔的高度，所述的第二h面臺階的左端面與所述的第一金屬矩形側(cè)板的內(nèi)側(cè)面貼合，所述的第二h面臺階的右端面與所述的第三h面臺階的左端面貼合，所述的第二h面臺階的下端面和所述的第三h面臺階的下端面分別與所述的第一金屬矩形板的上端面貼合，所述的第二h面臺階的前端面與所述的第二e面臺階的后端面貼合，所述的第三h面臺階的前端面與所述的第二e面臺階的后端面之間具有一段距離，所述的第二h面臺階的后端面和所述的第三h面臺階的后端面與所述的第二矩形空腔的后端面齊平，所述的第二h面臺階的高度和所述的第三h面臺階的高度與所述的第二矩形空腔的高度相等，所述的第二脊階梯包括依次連接的第三矩形脊梁和第四矩形脊梁，所述的第三矩形脊梁的高度大于所述的第四矩形脊梁的高度，所述的第三矩形脊梁的高度小于所述的第二矩形空腔的高度，所述的第四矩形脊梁的高度大于所述的第二e面臺階的高度，所述的第三矩形脊梁和所述的第四矩形脊梁的左端面齊平，所述的第三矩形脊梁和所述的第四矩形脊梁的右端面齊平，所述的第三矩形脊梁和所述的第四矩形脊梁的下端面分別與所述的第一金屬矩形板的上端面貼合，所述的第三矩形脊梁的前端面和所述的第四矩形脊梁的后端面貼合，所述的第三矩形脊梁的左端面與所述的第三h面臺階的右端面不接觸，所述的第三矩形脊梁的右端面與所述的第二金屬矩形側(cè)板的內(nèi)側(cè)面不接觸，所述的第三矩形脊梁的左端面與所述的第三h面臺階的右端面之間的距離等于所述的第三矩形脊梁的右端面與所述的第二金屬矩形側(cè)板的內(nèi)側(cè)面之間的距離，所述的第四矩形脊梁的前端面和所述的第二e面臺階的后端面貼合，所述的第二矩形空腔的前部為所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的矩形波導(dǎo)輸入端，所述的第二矩形空腔的后部為所述的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的單脊波導(dǎo)輸出端。該結(jié)構(gòu)中，矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器在矩形波導(dǎo)與單脊波導(dǎo)相接處設(shè)置有高度不等的第三矩形脊梁和第四矩形脊梁，在矩形波導(dǎo)h面與脊階梯相連處設(shè)置有與矩形波導(dǎo)h面等寬的第二e面臺階，在脊波導(dǎo)的e面處設(shè)置第二h面臺階和第三h面臺階，第三矩形脊梁、第四矩形脊梁、第二e面臺階、第二h面臺階和第三h面臺階均用于阻抗匹配，降低因結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性帶來的回波損耗，使該結(jié)構(gòu)具有良好的寬帶傳輸特性。

所述的輻射層上還設(shè)置有極化層，所述的極化層包括介質(zhì)基板、第一金屬層和第二金屬層，所述的第一金屬層包括刻蝕在所述的介質(zhì)基板上表面且呈周期性分布的多個第一金屬條帶，所述的第二金屬層包括刻蝕在所述的介質(zhì)基板下表面且呈周期性分布的多個第二金屬條帶，所述的第二金屬條帶的方向與所述的輻射層的輻射方向平行，所述的第一金屬條帶和所述的第二金屬條帶之間的夾角為45度。該結(jié)構(gòu)能夠使cts平板陣列天線e面方向圖和h面方向圖得到優(yōu)化，保證寬頻帶，實(shí)現(xiàn)低副瓣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過多個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)、兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器和e面波導(dǎo)功分器構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)層，饋電網(wǎng)絡(luò)層把從標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口饋入的單路te10模，轉(zhuǎn)化為多路功率相同，相位相同的te10模信號，多路等幅同相信號以相距2倍波導(dǎo)波長的距離，同時饋入包括第一金屬平板以及設(shè)置在第一金屬平板上表面的模式轉(zhuǎn)換腔陣列的模式轉(zhuǎn)換層中，保證了各路信號電磁場方向的一致性，多路等幅同相信號在模式轉(zhuǎn)換腔內(nèi)部能量相互合成而無抵消，即首先完成多路功率合成為一路的目的，各個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)采用輸入和輸出同向結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠降低截止頻率，擴(kuò)寬主模帶寬，在給定頻率下h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)可以消減寬邊尺寸，可以實(shí)現(xiàn)小型化；模式轉(zhuǎn)換腔由寬度不等，高低錯落分布的第一矩形腔、第二矩形腔、第三矩形腔、第四矩形腔、第五矩形腔、第六矩形腔、第七矩形腔、第八矩形腔和第九矩形腔這九個波導(dǎo)腔組成，高、低波導(dǎo)腔以半個波導(dǎo)波長周期性排列，這與矩形波導(dǎo)內(nèi)te10模傳輸?shù)碾姶艌鱿辔呛?，模式轉(zhuǎn)換腔內(nèi)的電磁場經(jīng)過耦合縫隙時，電磁場矢量方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由于高、低波導(dǎo)腔的排列規(guī)律，各個波導(dǎo)腔偏轉(zhuǎn)后的電磁場矢量方向?qū)⒈３忠恢拢@樣就形成了tem模線源，模式轉(zhuǎn)換腔輸出的tem波通過e面波導(dǎo)功分器、橫向枝節(jié)和輻射層的e面階梯喇叭向外輻射平面波，相鄰模式轉(zhuǎn)換腔之間形成的橫向枝節(jié)，能夠在寬帶傳輸?shù)臈l件下得到較高的增益和較低的副瓣。各個模式轉(zhuǎn)換腔結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，在同一平面內(nèi)完成tem模式轉(zhuǎn)換，無需反射面等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，降低了加工難度，有利于實(shí)現(xiàn)低剖面，小型化的設(shè)計，使cts平板陣列天線在具有寬頻帶、高增益和高效率的基礎(chǔ)上，尺寸較小、加工裝配過程簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的局部剖視圖；

圖2為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的分解圖；

圖3為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的輻射層的示意圖；

圖4為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的波導(dǎo)功分層的示意圖；

圖5(a)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的模式轉(zhuǎn)換層的俯視圖；

圖5(b)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的模式轉(zhuǎn)換層的仰視圖；

圖5(c)本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的模式轉(zhuǎn)換腔的示意圖；

圖6為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)圖；

圖7(a)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的立體圖；

圖7(b)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的分解圖；

圖8(a)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的立體圖；

圖8(b)為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線的矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的分解圖；

圖9為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在35ghz至40ghz的回波損耗曲線圖；

圖10為本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在37ghz時的e面和h面方向圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：如圖1-圖6所示，一種小型化cts平板陣列天線，包括從上往下依次排列的輻射層1、波導(dǎo)功分層2、模式轉(zhuǎn)換層3和饋電網(wǎng)絡(luò)層4；模式轉(zhuǎn)換層3包括第一金屬平板31以及設(shè)置在第一金屬平板31上表面的模式轉(zhuǎn)換腔陣列32，模式轉(zhuǎn)換腔陣列32由n²個模式轉(zhuǎn)換腔33按照n行×n列的方式排布，n為大于等于4的整數(shù)，位于同一列的n個模式轉(zhuǎn)換腔33依次首尾連接，位于第k行第j列的模式轉(zhuǎn)換腔33與位于第k行第j+1列的模式轉(zhuǎn)換腔33之間的中心間距位于1.5倍的波長至2倍的波長之間，k＝1，2，3，…，n，j＝1，2，3，…，n-1，模式轉(zhuǎn)換腔33包括從前向后依次連接的第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的長度方向沿模式轉(zhuǎn)換腔陣列32的行方向，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的寬度方向沿模式轉(zhuǎn)換腔陣列32的列方向，第二矩形腔332和第三矩形腔333和第四矩形腔334的長度相等，以第一矩形腔331的中心作為基準(zhǔn)，第二矩形腔332的中心相對于第一矩形腔331的中心向右偏移，第二矩形腔332的右端寬邊超出第一矩形腔331的右端寬邊，第三矩形腔333的中心和第五矩形腔335的中心與第一矩形腔331的中心位于同一直線上，第四矩形腔334的中心相對于第一矩形腔331的中心向左偏移，第四矩形腔334的左端寬邊超出第一矩形腔331的左端寬邊，第六矩形腔336和第四矩形腔334相對于第五矩形腔335的中心對稱，第七矩形腔337和第三矩形腔333相對于第五矩形腔335的中心對稱，第八矩形腔338和第二矩形腔332相對于第五矩形腔335的中心對稱，第九矩形腔339和第一矩形腔331相對于第五矩形腔335的中心對稱，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339通過在第一金屬平板31的上表面開設(shè)矩形槽形成，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的厚度相等且小于第一金屬平板31的厚度，第一金屬平板31的下表面設(shè)置有n²個輸入端口34，n²個輸入端口34按照n行×n列的方式排布，n²個輸入端口34分別通過在第一金屬平板31的下表面開設(shè)矩形槽實(shí)現(xiàn)，n²個輸入端口34與n²個模式轉(zhuǎn)換腔33按照一一對應(yīng)連接，輸入端口34的長度與第五矩形腔335的長度相等，輸入端口34的寬度與第五矩形腔335的寬度之差小于第四矩形腔334的寬度，每個輸入端口34的中心與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的中心重疊，每個輸入端口34的長度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的長度方向平行，每個輸入端口34的寬度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的寬度方向重疊；饋電網(wǎng)絡(luò)層4包括4ⁿ個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)、兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5和e面波導(dǎo)功分器6，n為大于等于1的整數(shù)，h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入端和四個輸出端，矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5具有矩形波導(dǎo)輸入端8和單脊波導(dǎo)輸出端9，4ⁿ個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)均勻分布形成k行×k列的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中將第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-1個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；連接4^n-1個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成j行×j列的第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中，將第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-2個第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；以此類推，直至僅包括4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成，第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端也通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接，兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的單脊波導(dǎo)輸出口分別與連接第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接，兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的矩形波導(dǎo)輸入端8分別與e面波導(dǎo)功分器6的輸出端連接，e面波導(dǎo)功分器6的輸入端為cts平板陣列天線的輸入端，第1級饋電網(wǎng)絡(luò)中的每個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的四個輸出端分別設(shè)置有單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7。

本實(shí)施例中，輻射層1上還設(shè)置有極化層10，極化層10包括介質(zhì)基板、第一金屬層和第二金屬層，第一金屬層包括刻蝕在介質(zhì)基板上表面且呈周期性分布的多個第一金屬條帶，第二金屬層包括刻蝕在介質(zhì)基板下表面且呈周期性分布的多個第二金屬條帶，第二金屬條帶的方向與輻射層1的輻射方向平行，第一金屬條帶和第二金屬條帶之間的夾角為45度。

本實(shí)施例中，輻射層1和波導(dǎo)功分層2采用其技術(shù)領(lǐng)域的成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例二：如圖1-圖6所示，一種小型化cts平板陣列天線，包括從上往下依次排列的輻射層1、波導(dǎo)功分層2、模式轉(zhuǎn)換層3和饋電網(wǎng)絡(luò)層4；模式轉(zhuǎn)換層3包括第一金屬平板31以及設(shè)置在第一金屬平板31上表面的模式轉(zhuǎn)換腔陣列32，模式轉(zhuǎn)換腔陣列32由n²個模式轉(zhuǎn)換腔33按照n行×n列的方式排布，n為大于等于4的整數(shù)，位于同一列的n個模式轉(zhuǎn)換腔33依次首尾連接，位于第k行第j列的模式轉(zhuǎn)換腔33與位于第k行第j+1列的模式轉(zhuǎn)換腔33之間的中心間距位于1.5倍的波長至2倍的波長之間，k＝1，2，3，…，n，j＝1，2，3，…，n-1，模式轉(zhuǎn)換腔33包括從前向后依次連接的第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的長度方向沿模式轉(zhuǎn)換腔陣列32的行方向，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的寬度方向沿模式轉(zhuǎn)換腔陣列32的列方向，第二矩形腔332和第三矩形腔333和第四矩形腔334的長度相等，以第一矩形腔331的中心作為基準(zhǔn)，第二矩形腔332的中心相對于第一矩形腔331的中心向右偏移，第二矩形腔332的右端寬邊超出第一矩形腔331的右端寬邊，第三矩形腔333的中心和第五矩形腔335的中心與第一矩形腔331的中心位于同一直線上，第四矩形腔334的中心相對于第一矩形腔331的中心向左偏移，第四矩形腔334的左端寬邊超出第一矩形腔331的左端寬邊，第六矩形腔336和第四矩形腔334相對于第五矩形腔335的中心對稱，第七矩形腔337和第三矩形腔333相對于第五矩形腔335的中心對稱，第八矩形腔338和第二矩形腔332相對于第五矩形腔335的中心對稱，第九矩形腔339和第一矩形腔331相對于第五矩形腔335的中心對稱，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339通過在第一金屬平板31的上表面開設(shè)矩形槽形成，第一矩形腔331、第二矩形腔332、第三矩形腔333、第四矩形腔334、第五矩形腔335、第六矩形腔336、第七矩形腔337、第八矩形腔338和第九矩形腔339的厚度相等且小于第一金屬平板31的厚度，第一金屬平板31的下表面設(shè)置有n²個輸入端口34，n²個輸入端口34按照n行×n列的方式排布，n²個輸入端口34分別通過在第一金屬平板31的下表面開設(shè)矩形槽實(shí)現(xiàn)，n²個輸入端口34與n²個模式轉(zhuǎn)換腔33按照一一對應(yīng)連接，輸入端口34的長度與第五矩形腔335的長度相等，輸入端口34的寬度與第五矩形腔335的寬度之差小于第四矩形腔334的寬度，每個輸入端口34的中心與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的中心重疊，每個輸入端口34的長度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的長度方向平行，每個輸入端口34的寬度方向與其相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換腔33中第五矩形腔335的寬度方向重疊；饋電網(wǎng)絡(luò)層4包括4ⁿ個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)、兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5和e面波導(dǎo)功分器6，n為大于等于1的整數(shù)，h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入端和四個輸出端，矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5具有矩形波導(dǎo)輸入端8和單脊波導(dǎo)輸出端9，4ⁿ個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)均勻分布形成k行×k列的第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中將第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，第1級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-1個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；連接4^n-1個第1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成j行×j列的第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列，其中，將第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列中2行×2列的h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)作為第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，第2級饋電網(wǎng)絡(luò)陣列包括4^n-2個第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元，每個第2級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接；以此類推，直至僅包括4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成，第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端也通過一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)連接，兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的單脊波導(dǎo)輸出口分別與連接第n-1級h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)單元中的4個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的一個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接，兩個矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的矩形波導(dǎo)輸入端8分別與e面波導(dǎo)功分器6的輸出端連接，e面波導(dǎo)功分器6的輸入端為cts平板陣列天線的輸入端，第1級饋電網(wǎng)絡(luò)中的每個h型單脊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)的四個輸出端分別設(shè)置有單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7。

本實(shí)施例中，輻射層1和波導(dǎo)功分層2采用其技術(shù)領(lǐng)域的成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

如圖7(a)和圖7(b)所示，本實(shí)施例中，單脊波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7包括第一矩形金屬塊71，第一矩形金屬塊71內(nèi)設(shè)置有第一矩形空腔72，第一矩形空腔72的左側(cè)設(shè)置有第一e面臺階73，第一e面臺階73的高度低于第一矩形空腔72的高度，第一e面臺階73與第一矩形空腔72的前側(cè)壁、后側(cè)壁和左側(cè)壁連接，第一矩形空腔72的右側(cè)設(shè)置有第一h面臺階74，第一h面臺階74與第一矩形空腔72的右側(cè)壁和后側(cè)壁連接，第一h面臺階74的高度與第一矩形空腔72的高度相等，第一矩形金屬塊71的上表面設(shè)置有與第一矩形空腔72相通的矩形波導(dǎo)輸出口75，第一矩形金屬塊71的前側(cè)面上設(shè)置有單脊波導(dǎo)輸入口76，單脊波導(dǎo)輸入口76與第一矩形空腔72連通，單脊波導(dǎo)輸入口76的高度與第一矩形空腔72的高度相等，單脊波導(dǎo)輸入口76的底面與第一矩形空腔72的底面位于同一平面上，單脊波導(dǎo)輸入口76的底面設(shè)置有延伸到第一矩形空腔72底面上的第一脊階梯，第一脊階梯包括依次連接的第一矩形脊梁77和第二矩形脊梁78，第一矩形脊梁77的高度大于第二矩形脊梁78的高度，第一矩形脊梁77的高度小于第一矩形空腔72的高度。

如圖8(a)和圖8(b)所示，本實(shí)施例中，矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5包括第一金屬矩形板51、第二金屬矩形板52、第一金屬矩形側(cè)板53和第二金屬矩形側(cè)板54，第一金屬矩形板51和第二金屬矩形板52上下對稱設(shè)置，第一金屬矩形側(cè)板53連接第一金屬矩形板51的左側(cè)和第二金屬矩形板52的左側(cè)，第二金屬矩形側(cè)板54連接第一金屬矩形板51的右側(cè)和第二金屬矩形板52的右側(cè)，第一金屬矩形板51、第二金屬矩形板52、第一金屬矩形側(cè)板53和第二金屬矩形側(cè)板54連接圍成第二矩形空腔55，第二矩形空腔55內(nèi)設(shè)置有第二e面臺階56、第二h面臺階57、第三h面臺階58和第二脊階梯，第二e面臺階56的前端面與第二矩形空腔55的前端面齊平，第二e面臺階56的左端面與第一金屬矩形側(cè)板53的內(nèi)側(cè)面貼合，第二e面臺階56的右端面與第二金屬矩形側(cè)板54的內(nèi)側(cè)面貼合，第二e面臺階56的下端面與第一金屬矩形板51的上端面貼合，第二e面臺階56的高度小于第二矩形空腔55的高度，第二h面臺階57的左端面與第一金屬矩形側(cè)板53的內(nèi)側(cè)面貼合，第二h面臺階57的右端面與第三h面臺階58的左端面貼合，第二h面臺階57的下端面和第三h面臺階58的下端面分別與第一金屬矩形板51的上端面貼合，第二h面臺階57的前端面與第二e面臺階56的后端面貼合，第三h面臺階58的前端面與第二e面臺階56的后端面之間具有一段距離，第二h面臺階57的后端面和第三h面臺階58的后端面與第二矩形空腔55的后端面齊平，第二h面臺階57的高度和第三h面臺階58的高度與第二矩形空腔55的高度相等，第二脊階梯包括依次連接的第三矩形脊梁59和第四矩形脊梁60，第三矩形脊梁59的高度大于第四矩形脊梁60的高度，第三矩形脊梁59的高度小于第二矩形空腔55的高度，第四矩形脊梁60的高度大于第二e面臺階56的高度，第三矩形脊梁59和第四矩形脊梁60的左端面齊平，第三矩形脊梁59和第四矩形脊梁60的右端面齊平，第三矩形脊梁59和第四矩形脊梁60的下端面分別與第一金屬矩形板51的上端面貼合，第三矩形脊梁59的前端面和第四矩形脊梁60的后端面貼合，第三矩形脊梁59的左端面與第三h面臺階58的右端面不接觸，第三矩形脊梁59的右端面與第二金屬矩形側(cè)板54的內(nèi)側(cè)面不接觸，第三矩形脊梁59的左端面與第三h面臺階58的右端面之間的距離等于第三矩形脊梁59的右端面與第二金屬矩形側(cè)板54的內(nèi)側(cè)面之間的距離，第四矩形脊梁60的前端面和第二e面臺階56的后端面貼合，第二矩形空腔55的前部為矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的矩形波導(dǎo)輸入端8，第二矩形空腔55的后部為矩形波導(dǎo)-單脊波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器5的單脊波導(dǎo)輸出端9。

本實(shí)施例中，輻射層1上還設(shè)置有極化層10，極化層10包括介質(zhì)基板、第一金屬層和第二金屬層，第一金屬層包括刻蝕在介質(zhì)基板上表面且呈周期性分布的多個第一金屬條帶，第二金屬層包括刻蝕在介質(zhì)基板下表面且呈周期性分布的多個第二金屬條帶，第二金屬條帶的方向與輻射層1的輻射方向平行，第一金屬條帶和第二金屬條帶之間的夾角為45度。

采用cst電磁仿真工具對本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線進(jìn)行仿真。本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在35ghz至40ghz的回波損耗曲線如圖9所示；本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在37ghz時的e面和h面方向圖如圖10所示。分析圖9可知，本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在35ghz至40ghz整個頻帶內(nèi)回波損耗(s1，1)優(yōu)于-15db；分析圖10可知，本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線在37ghz頻率時天線e面和h面方向圖副瓣優(yōu)于-25db，主瓣寬度小于2度。由此可知，本發(fā)明的小型化cts平板陣列天線不僅尺寸較小、加工裝配過程簡單，還具有良好的性能。