一种全金属双极化馈电单元及平板天线

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种全金属双极化馈电单元及平板天线。

背景技术

与使用两个分离的单极化天线相比，双极化天线能够节省无线通信系统的成本和空间。当前，双极化天线在无线通信系统中发挥着重要的作用，全金属双极化天线消除了介电损耗从而具有高增益和高效率的特性，因此在远程无线通信场景中需求很高，如高速率点对点无线通信、卫星通信等。

抛物线天线由于其低成本和结构简单的特性，是全金属双极化天线设计时的一种较为普遍的选择，但是，抛物线天线体积庞大，难以实现低剖面。

现有技术中包括一种宽带双圆极化平板波导阵列天线，该天线包括从上往下依次层叠的辐射口径、谐振腔、馈电方波导、圆极化器、双极化馈电网络和标准波导过渡接口，其中心带宽较窄，仅为16%，天线效率约为60%，并采用了圆极化器，导致其整体剖面较高。

现有技术中包括一种双极化收发共用波导阵列天线，该天线从上往下依次为辐射波导喇叭、垂直极化波导馈电网络、水平极化波导馈电网络和正交模转化器，虽然该天线整体效率较高，但该天线工作带宽相对较窄，采用了正交模转换器，导致整体轮廓高度也不尽如人意，剖面也较高。

现有技术中包括一种宽带双极化波导阵列天线，两个极化均采用悬置介质带线进行馈电，结构紧凑，剖面较低，但是下层极化的背腔反射匹配造成上下边带差损较大，同时上层极化的单边探针耦合激励造成辐射单元相位中心不对称降低了天线的空间合成效率，上层2*2子阵馈电网络空间狭小，为了布线取消了通道隔离墙，从而引入耦合，使得上层极化辐射单元无法实现等幅同相激励，导致天线方向图不对称，进一步恶化了天线阵面的口径效率，该天线反射匹配困难，驻波较差，在口径效率上也有着较大的短板。

上述几种双极化天线难以实现宽带宽、高效率以及低剖面的兼容，性能仍有待提高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种全金属双极化馈电单元及平板天线，解决了现有双极化天线难以实现宽带宽、高效率以及低剖面的兼容，以及性能低的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种全金属双极化馈电单元，包括从上到下依次对应层叠且耦合连接的四脊波导结合体、双脊波导转四脊波导转换头以及同轴转双脊波导转换头；

所述四脊波导结合体的尺寸结构从上往下呈阶梯式收缩状，所述四脊波导结合体可传输双极化方向电磁波，所述双脊波导转四脊波导转换头以及同轴转双脊波导转换头均传输双极化方向电磁波中的同一单极化方向电磁波。

本发明的有益效果是：本发明采用全金属结构实现，且所采用的同轴转双脊波导阵列以及双脊波导转四脊波导阵列都具有宽带宽的特性，由此具有宽带宽和高效率；另外，由于不存在正交模转换器等高度较高的器件，整体高度较低，具有低剖面，由此本发明能够实现宽带宽、高效率以及低剖面的兼容。

进一步地，所述四脊波导结合体为一体成型结构；或所述四脊波导结合体为分离结构。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过将四脊波导结合体设置为一体成型结构或是分离结构，可提高设计的灵活性和产品的场景扩展能力。

再进一步地，针对为分离结构时，所述四脊波导结合体包括若干个依次层叠且独立的四脊波导结构部件；

位于最上部的第一四脊波导结构部件的外围尺寸大于位于最下部的第二四脊波导结构部件的外围尺寸，且所述第二四脊波导结构部件的底面与双脊波导转四脊波导转换头的顶面相接触，所述第二四脊波导结构部件的底面尺寸与双脊波导转四脊波导转换头的顶面尺寸相匹配。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过将四脊波导结构部件从上往下呈阶梯式收缩状，能有效降低剖面。

再进一步地，各四脊波导结构部件均包括位于下方的输入端口和位于上方的输出端口，且位于上一层的四脊波导结构部件的输入端口与位于其下一层的四脊波导结构部件的输出端口对接；

位于最上部的第一四脊波导结构部件的输出端口为四脊波导结合体的第一输出端口，且所述第一输出端口作为全金属双极化馈电单元的输出端口；

位于最下部的第二四脊波导结构部件的两个脊之间的侧壁上设置有四脊波导结合体的第一输入端口；位于最下部的第二四脊波导结构部件的输入端口为四脊波导结合体的第二输入端口；所述第一输入端口与第二输入端口的极化方向之间相位差为90°。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过上述设置可以在不同高度分别实现两个极化方向的输入耦合，从而不必要求双极化方向电磁波在同一平面内实现输入，因此降低了对馈电单元的设计要求，提高了平板天线单位面积的天线单元可布置数量。

再进一步地，所述双脊波导转四脊波导转换头包括位于上部的第三四脊波导结构件以及位于下部的第一双脊波导结构件；

所述第三四脊波导结构件与第一双脊波导结构件层叠且耦合连接的；所述第三四脊波导结构件的顶面与第二四脊波导结构部件的底面相接触；所述第一双脊波导结构件与同轴转双脊波导转换头耦合连接。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过上述设置的双脊波导转四脊波导转换头可支持宽带宽的第二极化方向电磁波低损耗、高效率传输。

再进一步地，所述第一双脊波导结构件呈哑铃状波导结构；位于所述第一双脊波导结构件两端的第一端部波导部件的尺寸大于位于其中间的第一中间波导结构件的尺寸，且两端的第一端部波导部件与中间的第一中间波导结构件耦合连接。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过上述设置的双脊波导转四脊波导转换头可支持宽带宽的第二极化方向电磁波低损耗、高效率传输。

再进一步地，所述同轴转双脊波导转换头包括与第一双脊波导结构件外形相匹配且耦合连接的第二双脊波导结构件以及与第二双脊波导结构件耦合连接的同轴输入波导；

所述同轴输入波导上设置有第三输入端口以及尺寸大于第三输入端口的第二输出端口，所述第二输出端口与第二双脊波导结构件的侧面耦合连接。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过上述设置的同轴转双脊波导转换头可支持宽带宽的第二极化方向电磁波低损耗、高效率传输。

再进一步地，所述四脊波导结合体、双脊波导转四脊波导转换头以及同轴转双脊波导转换头的各个脊均为倒角，且均采用全金属结构。

上述进一步方案的有益效果是：本发明中各个脊均为倒角，可使得模式场分布更均匀，同时采用全金属结构，具有宽带宽、高效率的特性。

本发明提供了一种全金属双极化平板天线，包括从上至下依次层叠的辐射网络和馈电网络；

所述辐射网络包括第一金属板以及设置在第一金属板上的波导辐射端口阵列，所述波导辐射端口阵列包括M*N个相同的波导辐射端口，所述M*N个相同的波导辐射端口以M行N列均匀间隔分布形成波导辐射端口阵列，其中，M和N均表示大于等于2的整数，*表示乘法运算符号；

所述馈电网络包括第二金属板、第三金属板、第四金属板、设置于第二金属板上的第一极化馈电网络、设置于第四金属板上的第二极化馈电网络以及M*N个相同的全金属双极化馈电单元；所述M*N个相同的全金属双极化馈电单元构成四脊波导阵列、双脊波导转四脊波导阵列以及同轴转双脊波导阵列；

所述四脊波导阵列设置在第二金属板上，所述四脊波导阵列包含M*N个相同的四脊波导结合体，所述M*N个四脊波导结合体以M行N列均匀间隔分布；所述双脊波导转四脊波导阵列设置在第三金属板上，所述双脊波导转四脊波导阵列包含M*N个相同的双脊波导转四脊波导转接头，所述M*N个双脊波导转四脊波导转接头以M行N列均匀间隔分布；所述同轴转双脊波导阵列设置在第四金属板上，所述同轴转双脊波导阵列包含M*N个相同的同轴转双脊波导转接头，所述M*N个同轴转双脊波导转接头以M行N列均匀间隔分布。

本发明的有益效果是：本发明采用全金属结构实现，且所采用的第一极化馈电网络、第二极化馈电网络、同轴转双脊波导阵列以及双脊波导转四脊波导阵列构成馈电网络结构都具有宽带宽的特性，由此具有宽带宽和高效率；另外，由于不存在正交模转换器等高度较高的器件，整体高度较低，具有低剖面，由此本发明能够实现宽带宽、高效率以及低剖面的兼容。

进一步地，所述第一极化馈电网络包括第一一分M*N功分器，所述第一一分M*N功分器上设置有第四输入端口以及M*N个第三输出端口；所述M*N个第三输出端口均朝第一方向设置，所述M*N个第三输出端口与M*N个四脊波导结合体的第一输入端口一一对应耦合连接；

所述第二极化馈电网络包括第二一分M*N功分器，所述第二一分M*N功分器上设置有一个第五输入端口和M*N个第四输出端口，所述M*N个第四输出端口均朝第二方向设置，所述M*N个第四输出端口与M*N个同轴转双脊波导转换头的第三输入端口一一对应耦合连接。

上述进一步方案的有益效果是：由于在不同高度分别实现两个极化方向的输入耦合，从而不必要求双极化方向电磁波在同一平面内实现输入，因此降低了对极化馈电网络的设计要求，降低了极化馈电网络的布置难度。

附图说明

图1为本发明中全金属双极化馈电单元的整体结构斜视图。

图2为本发明中四脊波导结合体仰视图。

图3为本发明中双脊波导转四脊波导转换头斜视透视图。

图4为本发明中双脊波导转四脊波导转换头仰视图。

图5为本发明中同轴转双脊波导转换头斜视透视图。

图6为本发明中全金属双极化平板天线的整体结构斜视图。

图7为本发明中全金属双极化平板天线的整体结构俯视图。

图8为本发明中第一极化馈电网络设置在第三金属板的整体结构俯视图。

图9为本发明中第二极化馈电网络设置在第四金属板的整体结构俯视图。

图10为本实施例中全金属双极化平板天线的反射系数仿真图。

图11为本实施例中全金属双极化平板天线的x轴方向极化和y轴方向极化的效率仿真图。

图12为本实施例中全金属双极化平板天线的x轴方向极化电磁波和y轴方向极化电磁波的增益仿真图。

其中，1-四脊波导结合体，101-第一四脊波导结构部件，102-第二四脊波导结构部件，103-第一输出端口，104-第一输入端口，105-第二输入端口，2-双脊波导转四脊波导转换头，201-第三四脊波导结构件，202-第一双脊波导结构件，2021-第一端部波导部件，2022-第一中间波导结构件，3-同轴转双脊波导转换头，301-第二双脊波导结构件，302-同轴输入波导，3021-第三输入端口，3022-第二输出端口，4-第一金属板，5-波导辐射端口，6-第二金属板，7-第三金属板，8-第四金属板，9-第一极化馈电网络，901-第四输入端口，902-第三输出端口，903-第一级第一极化一分二功分器，904-第二级第一极化一分二功分器，905-第三级第一极化一分二功分器，906-第四级第一极化一分二功分器，907-第五级第一极化一分二功分器，10-第二极化馈电网络，1001-第五输入端口，1002-第四输出端口，1003-第一级第二极化一分二功分器，1004-第二级第二极化一分二功分器，1005-第三级第二极化一分二功分器，1006-第四级第二极化一分二功分器，1007-第五级第二极化一分二功分器，1008-第六级第二极化一分二功分器。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1-图5所示，本发明提供一种全金属双极化馈电单元，其用于实现高效率、宽带宽、低剖面的双极化模式的传播，包括从上到下依次对应层叠且耦合连接的四脊波导结合体1、双脊波导转四脊波导转换头2以及同轴转双脊波导转换头3；四脊波导结合体1的尺寸结构从上往下呈阶梯式收缩状，四脊波导结合体1可传输双极化方向电磁波，双脊波导转四脊波导转换头2以及同轴转双脊波导转换头3均传输双极化方向电磁波中的同一单极化方向电磁波。四脊波导结合体1为一体成型结构；或四脊波导结合体1为分离结构。

本实施例中，针对为分离结构时，四脊波导结合体1包括若干个依次层叠且独立的四脊波导结构部件；位于最上部的第一四脊波导结构部件101的外围尺寸大于位于最下部的第二四脊波导结构部件102的外围尺寸，且第二四脊波导结构部件102的底面与双脊波导转四脊波导转换头2的顶面相接触，第二四脊波导结构部件102的底面尺寸与双脊波导转四脊波导转换头2的顶面尺寸相匹配。

本实施例中，各四脊波导结构部件均包括位于下方的输入端口和位于上方的输出端口，且位于上一层的四脊波导结构部件的输入端口与位于其下一层的四脊波导结构部件的输出端口对接；位于最上部的第一四脊波导结构部件101的输出端口为四脊波导结合体1的第一输出端口103，且第一输出端口103作为全金属双极化馈电单元的输出端口；位于最下部的第二四脊波导结构部件102的两个脊之间的侧壁上设置有四脊波导结合体1的第一输入端口104；位于最下部的第二四脊波导结构部件102的输入端口为四脊波导结合体1的第二输入端口105；第一输入端口104与第二输入端口105的极化方向之间相位差为90°。

本实施例中，针对为一体成型结构时，其位于最上部的第一四脊波导结构部件101的输出端口为四脊波导结合体1的第一输出端口103，位于最下部的第二四脊波导结构部件102的两个脊之间的侧壁上设置有四脊波导结合体1的第一输入端口104。

本实施例中，双脊波导转四脊波导转换头2包括位于上部的第三四脊波导结构件201以及位于下部的第一双脊波导结构件202；

第三四脊波导结构件201与第一双脊波导结构件202层叠且耦合连接的；第三四脊波导结构件201的顶面与第二四脊波导结构部件102的底面相接触；第一双脊波导结构件202与同轴转双脊波导转换头3耦合连接。

本实施例中，第一双脊波导结构件202呈哑铃状波导结构；位于第一双脊波导结构件202两端的第一端部波导部件2021的尺寸大于位于其中间的第一中间波导结构件2022的尺寸，且两端的第一端部波导部件2021与中间的第一中间波导结构件2022耦合连接。

本实施例中，同轴转双脊波导转换头3包括与第一双脊波导结构件202外形相匹配且耦合连接的第二双脊波导结构件301以及与第二双脊波导结构件301耦合连接的同轴输入波导302；

同轴输入波导302上设置有第三输入端口3021以及尺寸大于第三输入端口3021的第二输出端口3022，第二输出端口3022与第二双脊波导结构件301的侧面耦合连接。

本实施例中，四脊波导结合体1、双脊波导转四脊波导转换头2以及同轴转双脊波导转换头3的各个脊均为倒角，且均采用全金属结构。

本实施例中，全金属双极化馈电单元包括从上到下依次对应层叠且耦合连接的四脊波导结合体1、双脊波导转四脊波导转换头2和同轴转双脊波导转换头3。四脊波导结合体1可传输双极化方向电磁波，双脊波导转四脊波导转换头2和同轴转双脊波导转换头3只传输双极化方向电磁波中的单极化方向电磁波。

本实施例中，如图1-图2所示，四脊波导结合体1包括位于上部的第一四脊波导结构件101和位于下部的第二四脊波导结构件102，从上往下看，第一四脊波导结构件101的投影尺寸大于第二四脊波导结构件102的投影尺寸，换句话说，四脊波导结合体1的尺寸结构从上往下呈阶梯式收缩状，第二四脊波导结构件102的底面与双脊波导转四脊波导转换头2的顶面相接触，第二四脊波导结构件102的底面尺寸与双脊波导转四脊波导转换头2的顶面尺寸相匹配，如此设置的四脊波导结合体1可有效降低剖面。

本实施例中，四脊波导结合体1可以是一体成型结构，也可以是组合结构，换言之，当采用一体成型结构时，上部的第一四脊波导结构件101与位于下部的第二四脊波导结构件102是一体成型结构；当采用组合结构时，上部的第一四脊波导结构件101与位于下部的第二四脊波导结构件102是分离的独立部件，当采用组合结构时，多个独立的四脊波导的最上面的四脊波导为第一四脊波导结构件101，最下面的四脊波导为第二四脊波导结构件102，如此设置，可提高设计的灵活性和产品的场景扩展能力。

本实施例中，如图1-图2所示，四脊波导结合体1包括第一输入端口104、第二输入端口105和第一输出端口103，第一输出端口103作为整个全金属双极化馈电单元的输出端口，用于输出宽带宽、高增益的极化信号。第一输入端口104设置在位于四脊波导结合体1的下部的第二四脊波导结构件102的两个脊之间的侧壁上，优选地，在第二四脊波导结构件102的两个脊之间的侧壁上开设一个开口，该开口作为四脊波导结合体1的第一输入端口104。

本实施例中，第一输入端口104用于接收第一极化方向电磁波，第二输入端口105用于接收第二极化方向电磁波，其中，第一极化方向与第二极化方向之间相位差为90°。例如，第一极化方向为水平极化方向，第二极化方向为垂直极化方向。或者，第一极化方向为垂直极化方向，第二极化方向为水平极化方向。或者，第一极化方向为右旋极化方向，第二极化方向为左旋极化方向。或者，第一极化方向为左旋极化方向，第二极化方向为右旋极化方向。

本实施例中，如图3-图4所示，双脊波导转四脊波导转换头2包括位于上部的第三四脊波导结构件201以及位于下部的第一双脊波导结构件202，第三四脊波导结构件201与第一双脊波导结构件202层叠且耦合连接，第一双脊波导结构件202呈哑铃状波导结构，两端的第一端部波导结构件2021尺寸大，中间的第一中间波导结构件2022尺寸小，两端的第一端部波导结构件2021与中间的第一中间波导结构件2022耦合连接。如此设置的双脊波导转四脊波导转换头2可支持宽带宽的第二极化方向电磁波低损耗、高效率传输。

本实施例中，如图5所示，同轴转双脊波导转换头3包括与双脊波导转四脊波导转换头2的第一双脊波导结构件202外形相匹配且耦接的第二双脊波导结构件301，以及与第二双脊波导结构件301耦接的同轴输入波导302，同轴输入波导302的第三输入端口3021的尺寸小于其第二输出端口3022，同轴输入波导302的第二输出端口3022与第二双脊波导结构件301的侧面耦合。如此设置的同轴转双脊波导转换头3可支持宽带宽的第二极化方向电磁波低损耗、高效率传输。

本实施例中，本发明所提供的上述全金属双极化馈电单元可作为天线阵列单元用于构建双极化平板天线，从而实现全金属宽带宽、高效率、低剖面的双极化平板天线。

实施例2

如图6-图8所示，本发明提供了一种全金属双极化平板天线，包括从上至下依次层叠的辐射网络和馈电网络；

辐射网络包括第一金属板4以及设置在第一金属板4上的波导辐射端口阵列，波导辐射端口阵列包括M*N个相同的波导辐射端口5，M*N个相同的波导辐射端口5以M行N列均匀间隔分布形成波导辐射端口阵列，其中，M和N均表示大于等于2的整数，*表示乘法运算符号；

馈电网络包括第二金属板6、第三金属板7、第四金属板8、设置于第二金属板6上的第一极化馈电网络9、设置于第四金属板8上的第二极化馈电网络10以及M*N个相同的如实施例1的全金属双极化馈电单元；M*N个相同的全金属双极化馈电单元构成四脊波导阵列、双脊波导转四脊波导阵列以及同轴转双脊波导阵列；

四脊波导阵列设置在第二金属板6上，四脊波导阵列包含M*N个相同的四脊波导结合体1，M*N个四脊波导结合体1以M行N列均匀间隔分布；双脊波导转四脊波导阵列设置在第三金属板7上，双脊波导转四脊波导阵列包含M*N个相同的双脊波导转四脊波导转接头2，M*N个双脊波导转四脊波导转接头2以M行N列均匀间隔分布；同轴转双脊波导阵列设置在第四金属板8上，同轴转双脊波导阵列包含M*N个相同的同轴转双脊波导转接头3，M*N个同轴转双脊波导转接头3以M行N列均匀间隔分布。

本实施例中，第一极化馈电网络9包括第一一分M*N功分器，第一一分M*N功分器上设置有第四输入端口901以及M*N个第三输出端口902；M*N个第三输出端口902均朝第一方向设置，M*N个第三输出端口902与M*N个四脊波导结合体1的第一输入端口104一一对应耦合连接；

第二极化馈电网络10包括第二一分M*N功分器，第二一分M*N功分器上设置有一个第五输入端口1001和M*N个第四输出端口1002，M*N个第四输出端口1002均朝第二方向设置，M*N个第四输出端口1002与M*N个同轴转双脊波导转换头3的第三输入端口3021一一对应耦合连接。

本实施例中，如图6-图7所示，第一金属板4为矩形板，将第一金属板4的长度方向定义为第一方向，宽度方向定义为第二方向，第一方向与第二方向相互垂直。M*N个波导辐射端口5按照M行N列均匀间隔分布形成波导辐射端口阵列，其中波导辐射端口阵列的行方向沿第一方向，列方向沿第二方向，波导辐射端口阵列用于辐射第一极化方向电磁波以及第二极化方向电磁波。

本实施例中，如图6-图7所示，每个波导辐射端口5均通过在第一金属板4上开设镂空的辐射槽实现，每个波导辐射端口5的上端面与第一金属板4的上端面齐平，其辐射槽的下端面与第一金属板4的下端面齐平；每个辐射槽均为矩形槽。

本实施例中，如图8-图9所示，馈电网络包括第二金属板6、第三金属板7、第四金属板8、第一极化馈电网络9、第二极化馈电网络10以及M*N个完全相同的如实施例1的全金属双极化馈电单元；第二金属板6、第三金属板7和第四金属板8均为矩形板，且其长度方向沿第一方向，宽度方向沿第二方向，第二金属板6、第三金属板7和第四金属板8从上往下依次层叠，第二金属板6层叠在第一金属板4的下方，M*N个完全相同的全金属双极化馈电单元构成四脊波导阵列、双脊波导转四脊波导阵列、以及同轴转双脊波导阵列。

本实施例中，四脊波导阵列设置在第二金属板6上，四脊波导阵列用于实现空气、馈电网络的宽带阻抗匹配，四脊波导阵列包含M*N个完全相同的四脊波导结合体1，M*N个四脊波导结合体1按照M行N列均匀间隔分布，其中四脊波导阵列的行方向沿第一方向，列方向沿第二方向。

如前，四脊波导结合体1可以是一体成型结构，也可以是组合结构，换言之，当采用一体成型结构时，上部的第一四脊波导结构件101与位于下部的第二四脊波导结构件102是一体成型结构；当采用组合结构时，上部的第一四脊波导结构件101与位于下部的第二四脊波导结构件102是分离的独立部件。

本实施例中，四脊波导结合体1由多个独立的四脊波导依次层叠形成，当采用该设置时，多个独立的四脊波导的最上面的四脊波导为第一四脊波导结构件101，最下面的四脊波导为第二四脊波导结构件102，如此设置，可提高设计的灵活性和产品的场景扩展能力。当采用该设置时，由于各四脊波导结合体1均由多个四脊波导从上到下依次层叠形成，因而每个四脊波导均具有输入端口和输出端口，当多个四脊波导从上到下依次层叠时，每个四脊波导的输出端口在上方，输入端口在下方，位于上一层的四脊波导的输入端口和位于其下一层的四脊波导的输出端口对接，位于最上方的第一四脊波导结构件101的输出端口为四脊波导结合体1的第一输出端口103，位于最下方的第二四脊波导结构件102的输入端口为四脊波导结合体1的第二输入端口105，且位于最下方的第二四脊波导结构件102的侧壁上开设有一个开口，该开口作为四脊波导结合体1的第一输入端口104，从而按照从下至上的顺序，多个四脊波导的外围尺寸逐渐扩大，且沿着第一方向与第二方向的脊的深度均逐渐变浅。

本实施例中，如图8所示，第一极化馈电网络9设置在第二金属板6上，第一极化馈电网络9包括第一一分M*N功分器，第一一分M*N功分器具有一个第四输入端口901和M*N个第三输出端口902，M*N个第三输出端口902均朝向第一方向设置，第一一分M*N功分器的M*N个第三输出端口902与M*N个四脊波导结合体1的第一输入端口104一一对应耦接。

本实施例中，如图8所示，第一一分M*N功分器包括多个多级第一极化一分二功分器，第一级第一极化一分二功分器903将来自第四输入端口901的第一极化信号分成两路第一极化信号，其中分路后的两路第一极化信号分别再经第二级第一极化一分二功分器904第二次分路，第二次分路后得到的两路第一极化信号再经第三级第一极化一分二功分器905第三次分路，第三次分路后得到的两路第一极化信号再经第四级第一极化一分二功分器906第四次分路，第四次分路后得到的两路第一极化信号再经第五级第一极化一分二功分器907第五次分路，依次多级分路后，第一极化信号再经第三输出端口902输入到四脊波导结合体1的第一输入端口104。可以理解的是，第一极化一分二功分器的数量和级数可根据平板天线阵列的大小和数目自由选择，此处不作限制。

本实施例中，双脊波导转四脊波导阵列设置在第三金属板7上，双脊波导转四脊波导阵列包含M*N个完全相同的双脊波导转四脊波导转接头2，M*N个双脊波导转四脊波导转接头2按照M行N列均匀间隔分布，双脊波导转四脊波导阵列的行方向沿第一方向，列方向沿第二方向，每个双脊波导转四脊波导转接头2均具有双脊波导输入端口和四脊波导输出端口，M*N个双脊波导转四脊波导转接头2的四脊波导输出端口与M*N个四脊波导结合体1的第二输入端口105一一对应连接；每个双脊波导转四脊波导转接头2允许第二极化方向电磁波通过，第一极化方向电磁波截止。

本实施例中，同轴转双脊波导阵列设置在第四金属板8上，同轴转双脊波导阵列包含M*N个完全相同的同轴转双脊波导转接头3，M*N个同轴转双脊波导转接头3按照M行N列均匀间隔分布，同轴转双脊波导阵列的行方向沿第一方向，列方向沿第二方向，每个同轴转双脊波导转接头3均具有第三输入端口3021和双脊波导输出端口，M*N个同轴转双脊波导转接头3的第二双脊波导结构件301与M*N个双脊波导转四脊波导转接头2的第一双脊波导结构件202一一对应连接。

本实施例中，如图8所示，第二极化馈电网络10设置在第四金属板8上，第二极化馈电网络10包括第二一分M*N功分器，第二一分M*N功分器包括一个第五输入端口1001和M*N个第四输出端口1002，第二一分M*N功分器的M*N个第四输出端口1002均朝向第二方向，第二一分M*N功分器的M*N个第四输出端口1002与M*N个同轴转双脊波导转接头3的第三输入端口3021一一对应耦接。

本实施例中，第二一分M*N功分器包括多个多级第二极化一分二功分器，第一级第二极化一分二功分器1003将来自第五输入端口1001的第二极化信号分成两路第二极化信号，分路后的两路第二极化信号分别再经第二级第二极化一分二功分器1004第二次分路，第二次分路后得到的两路第二极化信号再经第三级第二极化一分二功分器1005第三次分路，第三次分路后得到的两路第二极化信号再经第四级第二极化一分二功分器1006第四次分路，第四次分路后得到的两路第二极化信号再经第五级第二极化一分二功分器1007第五次分路，第五次分路后得到的两路第二极化信号再经第六级第二极化一分二功分器1008第六次分路，依此多级分路后，第二极化信号再经第四输出端口901输入到四脊波导结合体1的第二输入端口105。可以理解的是，第二极化一分二功分器的数量和级数可根据平板天线阵列的大小和数目自由选择，此处不作限制。

本发明所提供的全金属双极化平板天线的工作过程如下：

当第一一分M*N功分器的第四输入端口901输入电磁波时，第一一分M*N功分器将其输入端口接入的电磁波分为M*N路第一极化方向电磁波，并将M*N路第一极化方向电磁波通过其M*N个输出端口一一对应输出至M*N个四脊波导结合体1的第一输入端口104，M*N个四脊波导结合体1对其第一输入端口104接入的信号进行传输，此时由于双脊波导转四脊波导转接头2对于第一极化方向电磁波截止，从而第一极化方向电磁波只能通过四脊波导阵列进行传递，此时M*N路第一极化方向电磁波通过M*N个四脊波导结合体1后，通过M*N个四脊波导结合体1的第一输出端口103传输至M*N个波导辐射端口5，M*N个波导辐射端口5将其接入的第一极化方向电磁波辐射出去。

当第二一分M*N功分器的第五输入端口1001输入电磁波时，第二一分M*N功分器将第五输入端口1001接入的电磁波分为M*N路第二极化方向电磁波，并将M*N路第二极化方向电磁波通过其M*N个输出端口一一对应输出至M*N个同轴转双脊波导转接头3的第三输入端口3021，经其双脊波导输出端口传递至M*N个双脊波导转四脊波导转接头2的双脊波导输入端口，由于双脊波导转四脊波导转接头2允许第二极化方向电磁波通过，此时M*N个双脊波导转四脊波导转接头2将接入第二极化方向电磁波通过其四脊波导输出端口传递至M*N个波导辐射端口5，M*N个波导辐射端口5将其接入的第二极化电磁波辐射出去。

本实施例中，为验证本发明的全金属双极化平板天线的优异性，在M等于8，N等于8时，基于HFSS仿真软件对本发明的全金属双极化平板天线进行仿真，其中本发明的全金属双极化平板天线的反射系数仿真图如图10所示，本发明的全金属双极化平板天线的第一方向极化和第二方向极化的效率仿真图如图11所示，本发明的全金属双极化平板天线的第一方向极化电磁波和第二方向极化电磁波的增益仿真图如图12所示。需要说明的是，图10至图12中，第一方向极化为x轴方向极化，第二方向极化为y轴方向极化。

本实施例中，图10中，S

本实施例中，图11中，第一方向极化为x轴方向极化，第二方向极化为y轴方向极化，第一方向极化和第二方向极化的效率在10.7GHz-14.5GHz的频率应用范围内均高于90%，尤其地，第一方向极化和第二方向极化的效率在10.7GHz-14.5GHz的频率应用范围内均高于95%，由此可知本发明所提供的全金属双极化平板天线具有高效率。

本实施例中，图12中，第一方向极化为x轴方向极化增益，第二方向极化为y轴方向极化增益，第一方向极化和第二方向极化的增益在10.7GHz-14.5GHz的频率应用范围内均高于25dBi，由此可知本发明所提供的全金属双极化平板天线具有高增益。

从图10至图12的仿真数据可以看出，本发明所提供的全金属双极化平板天线兼具宽带宽、高效率以及低剖面的优点。