本发明涉及一种波导型四路双极化功分网络设计方法，属于天线。
背景技术：
1、天线作为无线通信系统中电磁波发射和接收的窗口，用来实现自由空间波束与导波结构中模式的相互转换，其性能的优劣对整个系统的通信效果有重要影响。功分网络作为连接天线单元实现组阵的关键组件，其性能直接决定天线阵列的收发效果。高功率、低损耗、紧凑型的功分网络可以显著的提升整个天线阵列的性能。同时，相比于单一极化，功分网络具有双极化输出能力，配合双极化天线可以显著提升通信系统的通信容量，并可实现收发同时功能，大大提升系统的灵活性。
2、在现有功分网络设计中，为了实现双极化功分，多采用两套网络分别实现两种极化传输。其中题为“一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络”中设计了双极化网络采用了e-t和h-t功分器等组件，题为“ku波段宽带双极化平板阵列天线的研究与设计”中设计了一分四的波导功分网络，设计采用的是两级三个e-t和正交模耦合器实现。文献“stoumpos,c.；fraysse,j.-p.；tubau,s.；goussetis,g.；sauleau,r.；legay,h.“a compact andbroadband four-way dual polarization waveguide power divider for antennaarrays”及专利“power divider for an antenna comprising four identicalorthomode transducers”提出了一种双极化的四路功分合成网络。设计上采用四个正交模耦合器、四个e面功分器和两个h面功分合成网络，结构紧凑。因为涉及到诸多组件，其加工装配复杂。文献“novel broadband dual-polarization four-way power divider forwaveguide array antennas”及专利“一种用于波导阵列天线的宽带四路双圆极化功分器(cn202211056828.x)”提到了一种波导结构的一分四双极化功分网络，其匹配段采用多级十字结波导及阶梯十字同轴波导等结构，包含多种模式转换。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型全波导结构的四路双极化功分网络，解决现有四路双极化功分网络带宽窄、结构复杂、输出端口幅相不相同的问题。
2、本发明的技术方案是：一种波导型四路双极化功分网络，包括依次连接的输入方波导、功分匹配网络、输出方波导；其中输出方波导包含四个尺寸完全相同的方波导；功分匹配网络的中轴线与输入方波导的中轴线重合；输出方波导的中轴线与输入方波导的中轴线重合；
3、所述输入方波导为输入端口，输入正交双线极化基模或者正交双圆极化波；当输入线极化te10模或te01模时，线极化波经过功分匹配网络后，平分为四路等幅同相的线极化波te10模或te01模，并通过四个尺寸完全相同的方波导输出；正交圆极化波束由幅度相等相位相差正负90°的正交线极化te10和te01模组成，当输入正交圆极化波束时，正交圆极化波经过功分匹配网络后平分为四路等幅同相的正交圆极化波信号，并由完全相同的四个方波导输出。
4、所述功分匹配网络由上下表面均为正方形的长方体和上下表面均为正方形的锥形六面体连接组成，且长方体和锥形六面体的中轴线重合。
5、所述锥形六面体与输入方波导连接端面向锥形六面体腔体内安装有四个结构相同的第一阶梯匹配段；所述四个第一阶梯匹配段对称的分布在以输入方波导的中轴线为轴的四个象限内，每个第一阶梯匹配段包括多级尺寸渐变的台阶，各级台阶中轴线重合，用于实现功分及匹配。
6、所述锥形六面体四个侧面中轴线上增加第二脊，四个第二脊的尺寸完全相同，用于改进匹配。
7、所述长方体与输出方波导连接端面向长方体腔体内安装有一个第二阶梯匹配段；所述第二阶梯匹配段中轴线与输入方波导的中轴线重合；所述的第二阶梯匹配段包括多级尺寸渐变的台阶，各级台阶中轴线重合，根据匹配需求，阶梯匹配段延伸至锥形六面体腔体内，用于提高正交极化隔离性能。
8、所述长方体的四个侧面均有尺寸相同的第一脊，所述第一脊的中线与长方体侧面的中线重合；该第一脊与第二脊共同作用改善功分匹配网络的功分匹配性能。
9、所述输出方波导包括四个尺寸相同的方波导，四个输出方波导对称的分布在以输入方波导的中轴线为轴的四个象限内；四个方波导与四个第一阶梯匹配段一一对应，每个输出方波导的中轴线与对应阶梯匹配段的中轴线重合；输出方波导用于输出四个幅度相等相位相同的信号。
10、所述锥形六面体下表面正方形的边长小于锥形六面体上表面正方形的边长，且大于输入方波导的边长；锥形六面体的上表面正方形边长小于等于长方体上表面正方形的边长。
11、所述第一阶梯匹配段和第二阶梯匹配段均为圆柱形或者方形多级阶梯结构。
12、所述输出方波导的边长小于等于输入方波导的边长，输出方波导外侧面的间距小于功分匹配网络上表面正方形的边长。
13、所述长方体侧面的四个第一脊的高度与长方体的高度一致；第一脊的形状为长方体，第一脊的宽度小于输出方波导内侧面的间距。
14、所述锥形六面体侧面的四个第二脊的高度不大于锥形六面体的高度，第二脊的形状为三棱柱，第二脊的宽度小于输出方波导内侧面的间距。
15、与现有技术相比，本发明的有益的技术效果为：
16、(1)本发明的波导型四路双极化功分网络基于轴对称结构设计，并引入两类匹配台阶及脊用于提高端口匹配及输出端口隔离，可在超过22％的相对带宽内产生四路等幅同相信号，可传输双线极化和双圆极化波束，功分网络整体结构紧凑，传输损耗小。
17、(2)本发明的波导型四路双极化功分网络结构简单，没有复杂的波导结构，采用双层结构即可加工实现，有利于机械加工和装配，可靠性高。
18、(3)本发明的波导型四路双极化功分网络的四个输出端口距离可根据应用需要在0.8～1.2λ(λ为功分网络工作中心频率对应的波长)调整，进而可以适应不同组阵间距的设计需求。
19、(4)本发明的波导型四路双极化功分网络为全金属波导结构，因此具有插损小、效率高和功率容量高的优点。
1.一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，包括依次连接的输入方波导(1)、功分匹配网络(2)、输出方波导(3)；其中输出方波导(3)包含四个尺寸完全相同的方波导；功分匹配网络(2)的中轴线与输入方波导(1)的中轴线重合；输出方波导(3)的中轴线与输入方波导(1)的中轴线重合；
2.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述功分匹配网络(2)由上下表面均为正方形的长方体(201)和上下表面均为正方形的锥形六面体(202)连接组成，且长方体(201)和锥形六面体(202)的中轴线重合。
3.根据权利要求2所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述锥形六面体(202)与输入方波导(1)连接端面向锥形六面体(202)腔体内安装有四个结构相同的第一阶梯匹配段(203)；所述四个第一阶梯匹配段(203)对称的分布在以输入方波导(1)的中轴线为轴的四个象限内，每个第一阶梯匹配段(203)包括多级尺寸渐变的台阶，各级台阶中轴线重合，用于实现功分及匹配。
4.根据权利要求3所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述锥形六面体(202)四个侧面中轴线上增加第二脊(205)，四个第二脊(205)的尺寸完全相同，用于改进匹配。
5.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述长方体(201)与输出方波导(3)连接端面向长方体(201)腔体内安装有一个第二阶梯匹配段(206)；所述第二阶梯匹配段(206)中轴线与输入方波导(1)的中轴线重合；所述的第二阶梯匹配段(206)包括多级尺寸渐变的台阶，各级台阶中轴线重合，根据匹配需求，阶梯匹配段延伸至锥形六面体(202)腔体内，用于提高正交极化隔离性能。
6.根据权利要求5所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述长方体(201)的四个侧面均有尺寸相同的第一脊(204)，所述第一脊(204)的中线与长方体(201)侧面的中线重合；该第一脊(204)与第二脊(205)共同作用改善功分匹配网络(2)的功分匹配性能。
7.根据权利要求3所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述输出方波导(3)包括四个尺寸相同的方波导，四个输出方波导对称的分布在以输入方波导(1)的中轴线为轴的四个象限内；四个方波导与四个第一阶梯匹配段(203)一一对应，每个输出方波导的中轴线与对应阶梯匹配段的中轴线重合；输出方波导(3)用于输出四个幅度相等相位相同的信号。
8.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述锥形六面体(202)下表面正方形的边长小于锥形六面体(202)上表面正方形的边长，且大于输入方波导(1)的边长；锥形六面体(202)的上表面正方形边长小于等于长方体(201)上表面正方形的边长。
9.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述第一阶梯匹配段(203)和第二阶梯匹配段(206)均为圆柱形或者方形多级阶梯结构。
10.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述输出方波导(3)的边长小于等于输入方波导(1)的边长，输出方波导(3)外侧面的间距小于功分匹配网络(2)上表面正方形的边长。
11.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述长方体(201)侧面的四个第一脊(204)的高度与长方体(201)的高度一致；第一脊(204)的形状为长方体，第一脊(204)的宽度小于输出方波导(3)内侧面的间距。
12.根据权利要求1所述的一种波导型四路双极化功分网络，其特征在于，所述锥形六面体(202)侧面的四个第二脊(205)的高度不大于锥形六面体(202)的高度，第二脊(205)的形状为三棱柱，第二脊(205)的宽度小于输出方波导(3)内侧面的间距。
