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CN106887722B - 一种毫米波双极化缝隙天线阵列 - Google Patents

一种毫米波双极化缝隙天线阵列 Download PDF

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CN106887722B
CN106887722B CN201710200806.9A CN201710200806A CN106887722B CN 106887722 B CN106887722 B CN 106887722B CN 201710200806 A CN201710200806 A CN 201710200806A CN 106887722 B CN106887722 B CN 106887722B
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electromagnetic wave
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Abstract

本发明实施例提供了一种毫米波双极化缝隙天线阵列，包括：依次层叠设置的天线单元层、第一馈电网络层以及第二馈电网络层；其中，天线单元层包括第一预设数量个第一缝隙天线元件，第一缝隙天线元件为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件；第二馈电网络层通过第三缝隙天线元件将产生的第二电磁波均匀等相位的耦合至第一馈电网络层；第一馈电网络层，用于产生与第二电磁波方向垂直的第一电磁波，并通过第二缝隙天线元件将双极化电磁波均匀等相位的耦合至天线单元层，天线单元层，用于通过第一缝隙天线元件将双极化电磁波辐射至自由空间。应用本发明实施例，提高了天线阵列的工作带宽。

Description

一种毫米波双极化缝隙天线阵列
技术领域
本发明涉及无线通信终端的天线技术领域，特别是涉及一种毫米波双极化缝隙天线阵列。
背景技术
随着多媒体技术及网络技术的迅速发展,无线通信对带宽的需求也快速增加。传统低频无线频谱资源也逐渐趋于饱和，尽管采用高阶调制或多址技术可以扩大通信系统的容量、提高频谱利用率,但是对带宽的改善很有限。为了进一步满足通信终端对带宽的需求,实现高速宽带无线通信,势必需要开发新的无线频谱资源。
近年来，对于在毫米波波段工作的平面天线阵列的研究已经吸引了越来越多的关注，毫米波由于其频谱资源丰富,波长短,干扰小,能够实现高速带宽下的数据交换,可有效地解决无线接入中所面临的诸多问题,因此具有高增益的毫米波天线阵列对于高灵敏度的前端设备实现高速无线通信至关重要，其在宽带无线通信中有着广泛的应用前景。
近期起草的5G标准中，进一步要求天线实现多入多出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)的功能，以满足同时服务于多个用户的需求。双极化天线阵列可以用两个正交偏振同时服务两个用户，因此是实现MIMO功能的最简单的方式。目前已有的毫米波双极化天线阵列，可实现高隔离度，且具有良好的交叉极化特性，虽然该天线阵列可以同时服务两个用户，但是由于该天线阵列的天线单元层所使用缝隙天线元件的缝隙形状均为直线形，使得电磁波到缝隙的长度固定，导致其工作带宽较窄。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种毫米波双极化缝隙天线阵列，以提高天线阵列的工作带宽。具体技术方案如下：
一种毫米波双极化缝隙天线阵列，包括：
依次层叠设置的天线单元层、第一馈电网络层以及第二馈电网络层；其中，
所述天线单元层包括第一预设数量个第一缝隙天线元件，所述第一缝隙天线元件为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件；
所述第一馈电网络层的第一表面设置有第二缝隙天线元件，其中，所述第一表面为：所述第一馈电网络层靠近所述天线单元层的表面；
所述第二馈电网络层的第二表面设置有第三缝隙天线元件，其中，所述第二表面为：所述第二馈电网络层靠近所述第一馈电网络层的表面；
所述第二馈电网络层，用于产生第二电磁波，并通过所述第三缝隙天线元件将所述第二电磁波均匀等相位的耦合至所述第一馈电网络层；
所述第一馈电网络层，用于产生与所述第二电磁波方向垂直的第一电磁波，并通过所述第二缝隙天线元件将双极化电磁波均匀等相位的耦合至所述天线单元层，所述双极化电磁波为：所述第一电磁波和第二电磁波形成的电磁波；
所述天线单元层，用于通过所述第一缝隙天线元件将所述双极化电磁波辐射至自由空间。
可选的，所述天线单元层包括：依次层叠设置的第一金属层、第一介质基板和第二金属层，其中，所述第一金属层叠加设置于所述第一介质基板远离所述第一馈电网络层的一侧，所述第二金属层与所述第一金属层相对，叠加设置于所述第一介质基板靠近所述第一馈电网络层的一侧，所述第一预设数量个第一缝隙天线元件位于所述第一金属层上，所述第二金属层上设置有第二预设数量个第四缝隙天线元件；
所述第一馈电网络层包括：依次层叠设置的第三金属层、第二介质基板和第四金属层，其中，所述第三金属层叠加设置于所述第二介质基板靠近所述天线单元层的一侧，所述第四金属层与所述第三金属层相对，叠加设置于远离所述天线单元层的一侧，所述第三金属层上设置有所述第二预设数量个所述第二缝隙天线，所述第四金属层上设置有所述第二预设数量个第五缝隙天线元件；
所述第二馈电网络层包括：依次层叠设置的第五金属层、第三介质基板和第六金属层，其中，所述第五金属层叠加设置于所述第三介质基板靠近所述第一馈电网络层的一侧，所述第六金属层与所述第五金属层相对，叠加设置于远离所述第一馈电网络层的一侧，所述第五金属层上设置有所述第二预设数量个所述第三缝隙天线元件；
所述第三缝隙天线元件，用于将所述第二电磁波耦合至所述第五缝隙天线元件；
所述第二缝隙天线元件，用于将所述双极化电磁波耦合至所述第四缝隙天线元件。
可选的，所述第一馈电网络层，还包括：第一功分器、第一波导端口和第一转换器，其中，所述第一功分器和第一转换器分别设置于所述第二介质基板上，所述第一波导端口设置于所述第二介质基板的边缘；
所述第一转换器与所述第一波导端口连接，用于将经由所述第一波导端口进入的第一入射波转换成第一电磁波；
所述第一功分器，用于将所述第一电磁波均匀等相位的馈到每个所述第二缝隙天线元件；
所述第二馈电网络层，还包括：第二功分器、第二波导端口和第二转换器，其中，所述第二功分器和第二转换器分别设置于所述第三介质基板上，所述第二波导端口设置于所述第三介质基板的边缘；
所述第二转换器与所述第二波导端口连接，用于将经由所述第二波导端口进入的第二入射波转换成与所述第一电磁波方向垂直的第二电磁波；
所述第二功分器，用于将所述第二电磁波均匀等相位的馈到每个所述第三缝隙天线元件。
可选的，所述天线单元层为：由所述第二预设数量个天线元件子阵组成的天线阵列，其中，每个所述天线元件子阵由第三预设数量个所述第一缝隙天线元件组成；
所述第二缝隙天线元件与所述第四缝隙天线元件一一对应，每个所述第二缝隙天线元件的中心与该第二缝隙天线元件对应的第四缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在平面；
所述第四缝隙天线元件与所述天线元件子阵一一对应，每个所述第四缝隙天线元件的中心与该第四缝隙天线元件对应的天线元件子阵的中心形成的直线垂直于所述第一介质基板所在的平面；
所述第三缝隙天线元件与所述第五缝隙天线元件一一对应，每个所述第三缝隙天线元件的中心与该第三缝隙天线元件对应的第五缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在平面；
所述第五缝隙天线元件与所述第二缝隙天线元件一一对应，每个所述第五缝隙天线元件的中心与该第五缝隙天线元件对应的第二缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在的平面。
可选的，所述第二缝隙天线元件与所述第四缝隙天线元件均为十字形缝隙天线元件，所述第三缝隙天线元件与所述第五缝隙天线元件均为竖条形缝隙天线元件。
可选的，所述第一功分器，用于输出等幅度、等相位的电磁波；
所述第一功分器包括：H型功分器、T型功分器以及同相T型功分器，
所述T型功分器的输入端与所述第一波导端口正对；
所述T型功分器，用于通过其输出端将所述第一电磁波输入至所述同相T型功分器的输入端；
所述同相T型功分器，用于通过其输出端将所述第一电磁波输入至所述H型功分器的输入端。
可选的，所述H型功分器为一输入四输出的功分器，包括三个子功分器；
所述T型功分器为一输入两输出的功分器，包括一个所述子功分器；
所述同相T型功分器为一输入两输出的功分器，包括一个所述子功分器以及位于所述子功分器长臂侧的预设数量个金属化孔洞。
可选的，所述子功分器由圆柱形金属化孔洞组成。
可选的，所述第一电磁波与所述第二电磁波均满足TE10模的单模传输条件。
可选的，所述天线阵列中的所有介质层的材料均为聚四氟乙烯板材。
可见，应用本发明实施例提供的技术方案，由于天线单元层使用的缝隙天线元件的缝隙形状均为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件，使得电磁波到缝隙的长度变化，从而提高了天线阵列的工作带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的天线单元层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的第一馈电网络层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的第二馈电网络层的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的S参数的仿真测试示意图；
图6为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的的第一波导端口的E-面归一化辐射方向的仿真测试示意图；
图7为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的的第一波导端口的H-面归一化辐射方向的仿真测试示意图；
图8为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的的第二波导端口的E-面归一化辐射方向的仿真测试示意图；
图9为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的的第二波导端口的H-面归一化辐射方向的仿真测试示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的结构示意图，本发明实施例提供的毫米波双极化缝隙天线阵列，包括：依次层叠设置的天线单元层1、第一馈电网络层2以及第二馈电网络层3；其中，
天线单元层1包括第一预设数量个第一缝隙天线元件，第一缝隙天线元件为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件；
第一馈电网络层2的第一表面设置有第二缝隙天线元件，其中，第一表面为：第一馈电网络层靠近天线单元层的表面；
第二馈电网络层3的第二表面设置有第三缝隙天线元件，其中，第二表面为：第二馈电网络层靠近第一馈电网络层的表面；
第二馈电网络层3，用于产生第二电磁波，并通过第三缝隙天线元件将第二电磁波均匀等相位的耦合至第一馈电网络层2；
第一馈电网络层2，用于产生与第二电磁波方向垂直的第一电磁波，并通过第二缝隙天线元件将双极化电磁波均匀等相位的耦合至天线单元层1，双极化电磁波为：第一电磁波和第二电磁波形成的电磁波；
天线单元层1，用于通过第一缝隙天线元件将双极化电磁波辐射至自由空间。
由于本发明实施例仅通过两层馈电网络层来实现双极化电磁波，相比于现有技术使用多层馈电网络层，例如，5层馈电网络层或20层馈电网络层的情况，能够精简天线阵列的层次结构，减少了馈电网络层之间的电磁波损耗，有助于提高天线阵列的辐射增益。
具体的，如图1所示，天线单元层1包括：依次层叠设置的第一金属层11、第一介质基板12和第二金属层13，其中，第一金属层11叠加设置于第一介质基板12远离第一馈电网络层2的一侧，第二金属层13与第一金属层11相对，叠加设置于第一介质基板12靠近第一馈电网络层2的一侧，第一预设数量个第一缝隙天线元件位于第一金属层11上，第二金属层13上设置有第二预设数量个第四缝隙天线元件；
第一馈电网络层2包括：依次层叠设置的第三金属层21、第二介质基板22和第四金属层23，其中，第三金属层21叠加设置于第二介质基板22靠近天线单元层1的一侧，第四金属层23与第三金属层21相对，叠加设置于远离天线单元层1的一侧，第三金属层21上设置有第二预设数量个第二缝隙天线，第四金属层23上设置有第二预设数量个第五缝隙天线元件；
第二馈电网络层3包括：依次层叠设置的第五金属层31、第三介质基板32和第六金属层33，其中，第五金属层31叠加设置于第三介质基板32靠近第一馈电网络层2的一侧，第六金属层33与第五金属层31相对，叠加设置于远离第一馈电网络层2的一侧，第五金属层31上设置有第二预设数量个第三缝隙天线元件；
第三缝隙天线元件，用于将第二电磁波耦合至第五缝隙天线元件；第二缝隙天线元件，用于将双极化电磁波耦合至第四缝隙天线元件。
需要说明的是，本发明实施例对金属的材质不做限定，例如，在实际应用中，金属层可以为：在介质基板表面镀铜和/或镀金形成的表层。
在一种具体的实施方式中，天线阵列中的所有介质层的材料可以均为聚四氟乙烯板材，例如，由于罗杰斯衬底层的材料为聚四氟乙烯板材，因此，在实际应用中，可以设计天线阵列中的所有介质层均为罗杰斯衬底层，即第一介质基板12、第二介质基板22以及第三介质基板32均为罗杰斯衬底层。
由于罗杰斯衬底层能够减少电磁波的损耗，所以，将天线阵列中的所有介质层设置为罗杰斯衬底层，从而，减少了第二电磁波从第二馈电网络层进入第一馈电网络层的电磁波损耗，减少了双极化电磁波从第一馈电网络层进入天线单元层的电磁波损耗，以及减少了双极化电磁波从天线单元层进入自由空间的电磁波损耗。
需要说明的是，本发明实施例以罗杰斯衬底作为介质层为例进行说明，仅为本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的限定。在实际应用中，介质层材料可以根据用户需要进行设定。
为了能够产生双极化电磁波，第一馈电网络层2，还包括：第一功分器、第一波导端口和第一转换器，其中，第一功分器和第一转换器分别设置于第二介质基板上，第一波导端口设置于第二介质基板的边缘；第二馈电网络层，还包括：第二功分器、第二波导端口和第二转换器，其中，第二功分器和第二转换器分别设置于第三介质基板上，第二波导端口设置于第三介质基板的边缘；
第一转换器与第一波导端口连接，用于将经由第一波导端口进入的第一入射波转换成第一电磁波；
第一功分器，用于将第一电磁波均匀等相位的馈到每个第二缝隙天线元件；
第二转换器与第二波导端口连接，用于将经由第二波导端口进入的第二入射波转换成与第一电磁波方向垂直的第二电磁波；
第二功分器，用于将第二电磁波均匀等相位的馈到每个第三缝隙天线元件。
在天线阵列工作时，第一入射波由第一波导端口进入第一馈电网络层，通过第一转换器的作用，将第一入射波转换成第一电磁波，第二入射波由第二波导端口进入第二馈电网络层，通过第二转换器的作用，将第二入射波转换成与第一电磁波方向垂直第二电磁波，例如，若第一电磁波为垂直极化电磁波，则第二电磁波为水平极化电磁波；若第一电磁波为水平极化电磁波，则第二电磁波为垂直极化电磁波。
为了提高天线阵列的辐射增益，更好的将双极化电磁波辐射到自由空间，在一种具体的实施方式中，天线单元层为：由第二预设数量个天线元件子阵组成的天线阵列，其中，每个天线元件子阵由第三预设数量个第一缝隙天线元件组成；
第二缝隙天线元件与第四缝隙天线元件一一对应，每个第二缝隙天线元件的中心与该第二缝隙天线元件对应的第四缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于第二介质基板所在平面；
第四缝隙天线元件与天线元件子阵一一对应，每个第四缝隙天线元件的中心与该第四缝隙天线元件对应的天线元件子阵的中心形成的直线垂直于第一介质基板所在的平面；
第三缝隙天线元件与第五缝隙天线元件一一对应，每个第三缝隙天线元件的中心与该第三缝隙天线元件对应的第五缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于第二介质基板所在平面；
第五缝隙天线元件与第二缝隙天线元件一一对应，每个第五缝隙天线元件的中心与该第五缝隙天线元件对应的第二缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于第二介质基板所在的平面。
具体的，天线单元层的第二金属层与第一馈电网络层的第三金属层结构完全一致，第一馈电网络层的第四金属层与第二馈电网络层的第五金属层结构完全一致，可以理解为，第二金属层上的第四缝隙天线元件与第三金属层上的第二缝隙天线元件的形状与数量一致，第四金属层上的第五缝隙天线元件与第五金属层上的第三缝隙天线元件的形状与数量一致，例如，第二缝隙天线元件与第四缝隙天线元件可以均为十字形缝隙天线元件，第三缝隙天线元件与第五缝隙天线元件可以均为竖条形缝隙天线元件。
本发明实施例对天线元件子阵、第二缝隙天线元件、第三缝隙天线元件、第四缝隙天线元件、第五缝隙天线元件的具体形状与数量不做限定。
如图2所示，天线单元层的第一金属层上设置有8x8个天线阵，天线单元之间的距离可以为0.68个波长。其中，2x2个第一缝隙天线元件111组成一个结构对称的四单元的天线元件子阵112，并由天线单元层的第二金属层上的十字形缝隙天线元件对其馈电，十字形缝隙天线元件置于四单元的天线元件子阵的结构中心，以保证天线阵的等幅度等相位馈电。
如图3所示，第一馈电网络层的第三金属层上设置有16个十字形缝隙天线元件211，如图4所示，第二馈电网络层的第五金属层上设置有16个竖条形缝隙天线元件311。
本发明实施例提供的天线阵列在工作时，第三缝隙天线元件将第二电磁波耦合至第五缝隙天线元件，从而使得第二电磁波从第二馈电网络层进入第一馈电网络层；该第二电磁波与第一馈电网络层产生的第一电磁波共同作用，形成双极化电磁波，第二缝隙天线元件，将该双极化电磁波耦合至第四缝隙天线元件，从而，使得双极化电磁波从第一馈电网络层进入天线单元层，进而，通过天线单元层的第一缝隙天线元件辐射至自由空间。
为了使第一功分器能够输出等幅度、等相位的电磁波，如图3所示，第一功分器包括：H型功分器41、T型功分器42以及同相T型功分器43，T型功分器42的输入端与第一波导端口5正对；T型功分器42，用于通过其输出端将第一电磁波输入至同相T型功分器43的输入端；同相T型功分器43，用于通过其输出端将第一电磁波输入至H型功分器41的输入端。
具体的，H型功分器可以为一输入四输出的功分器，包括三个子功分器；T型功分器可以为一输入两输出的功分器，包括一个子功分器；同相T型功分器可以为一输入两输出的功分器，包括一个子功分器以及位于子功分器长臂侧的预设数量个金属化孔洞。
子功分器由圆柱形金属化孔洞组成，如图3所示，子功分器由多个金属化孔洞形成的一个尖角、一个金属化孔洞形成的输入端以及两个金属化孔洞形成的输出端组成。其中，同相T型功分器43的实现可以是通过在长臂侧的通道中加入了六个金属化孔洞。由于H型功分器41、T型功分器42以及同相T型功分器43均由子功分器组成，使得第一功分器结构简单，便于设计与实现。
在一个具体的实施方式中，如图3所示，第一功分器为1分16的功分器，包括一个T型功分器41，两个同相T型功分器42和四个H型功分器43。其中，T型功分器和同相T型功分器均为一输入两输出的等幅度等相位功分器，H型功分器为一输入四输出的等幅度等相位功分器，第一入射波从第一波导端口5进入后，经过第一转换器转换成第一电磁波后，第一电磁波先通过T型功分器一分为二，再通过两个同相T型功分器分成四份，再通过四个H型功分器分成16份，在功分的过程中，由于各功分器均为等幅度等相位功分器，从而保证了将第一电磁波均匀同相位的分成16份。
类似的，如图4所示，第二功分器与第一功分器对应，第二功分器为：一分16的功分器，包括：四个H型功分器61，一个T型功分器62和两个同相T型功分器63，T型功分器62的输入端与第二波导端口7正对。具体各个功分器之间的连接关系描述可以参照上述对第一功分器的描述部分，在此不再赘述。
由于TE10模的截止波长最长，一般来说，基片集成波导传输的都是TE10模，因此，可以按照单模传输条件，设计第一波导端口的宽度以及第二波导端口的宽度，使得第一电磁波与第二电磁波均满足TE10模的单模传输条件。具体的，按照单模传输条件设计第一波导端口的宽度以及第二波导的宽度的方法属于现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
可见，应用本发明实施例提供的技术方案，由于天线单元层使用的缝隙天线元件的缝隙形状均为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件，使得电磁波到缝隙的长度变化，从而提高了天线的工作带宽。
图5为本发明实施例提供的一种毫米波双极化缝隙天线阵列的S参数的仿真测试示意图，一般来说，天线阵列的宽带工作要求为：57-65GHz，可以看出，本发明实施例提供的天线阵列在外加激励的状态下，在56-66GHz的频段上的S11(第一波导端口的回波损耗)和S22(第二波导端口的回波损耗)的仿真和测量参数都保持在-10dB以下，从而证明了本发明实施例提供的天线阵列提高了工作带宽。另外，本发明实施例提供的天线阵列在外加激励的状态下，在50-70GHz的频段上的S12参数(第一端口和第二端口的隔离度)的仿真和测量参数都保持在-30dB以下，证明了本发明实施例提供的天线阵列的两个极化电磁波之间具有良好的隔离度。
参照图6-9，可以看出，本发明实施例提供的天线阵列在60GHz附近频段，第一波导端口的E-面、H-面归一化辐射方向的方向性，以及第二波导端口的E-面、H-面归一化辐射方向的方向性都能达到20dB以上，证明了本发明实施例提供的天线阵列具有很好的方向性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种毫米波双极化缝隙天线阵列，其特征在于，包括：
依次层叠设置的天线单元层、第一馈电网络层以及第二馈电网络层；其中，
所述天线单元层包括第一预设数量个第一缝隙天线元件，所述第一缝隙天线元件为：四个窄边边缘上呈内凹半圆形的十字形缝隙天线元件；
所述第一馈电网络层的第一表面设置有第二缝隙天线元件，其中，所述第一表面为：所述第一馈电网络层靠近所述天线单元层的表面；
所述第二馈电网络层的第二表面设置有第三缝隙天线元件，其中，所述第二表面为：所述第二馈电网络层靠近所述第一馈电网络层的表面；
所述第二馈电网络层，用于产生第二电磁波，并通过所述第三缝隙天线元件将所述第二电磁波均匀等相位的耦合至所述第一馈电网络层；
所述第一馈电网络层，用于产生与所述第二电磁波方向垂直的第一电磁波，并通过所述第二缝隙天线元件将双极化电磁波均匀等相位的耦合至所述天线单元层，所述双极化电磁波为：所述第一电磁波和第二电磁波形成的电磁波；
所述天线单元层，用于通过所述第一缝隙天线元件将所述双极化电磁波辐射至自由空间；
其中，所述第一馈电网络层包括：第一功分器、第一波导端口和第一转换器；
所述第一功分器包括：H型功分器、T型功分器以及同相T型功分器；
所述H型功分器为一输入四输出的功分器，包括三个子功分器；
所述T型功分器为一输入两输出的功分器，包括一个所述子功分器；
所述同相T型功分器为一输入两输出的功分器，包括一个所述子功分器以及位于所述子功分器长臂侧的预设数量个金属化孔洞；
所述子功分器由多个金属化孔洞形成的一个尖角、一个金属化孔洞形成的输入端以及两个金属化孔洞形成的输出端组成；
所述同相T型功分器通过在长臂侧的通道中加入六个金属化孔洞实现。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，
所述天线单元层包括：依次层叠设置的第一金属层、第一介质基板和第二金属层，其中，所述第一金属层叠加设置于所述第一介质基板远离所述第一馈电网络层的一侧，所述第二金属层与所述第一金属层相对，叠加设置于所述第一介质基板靠近所述第一馈电网络层的一侧，所述第一预设数量个第一缝隙天线元件位于所述第一金属层上，所述第二金属层上设置有第二预设数量个第四缝隙天线元件；
所述第一馈电网络层包括：依次层叠设置的第三金属层、第二介质基板和第四金属层，其中，所述第三金属层叠加设置于所述第二介质基板靠近所述天线单元层的一侧，所述第四金属层与所述第三金属层相对，叠加设置于远离所述天线单元层的一侧，所述第三金属层上设置有所述第二预设数量个所述第二缝隙天线，所述第四金属层上设置有所述第二预设数量个第五缝隙天线元件；
所述第二馈电网络层包括：依次层叠设置的第五金属层、第三介质基板和第六金属层，其中，所述第五金属层叠加设置于所述第三介质基板靠近所述第一馈电网络层的一侧，所述第六金属层与所述第五金属层相对，叠加设置于远离所述第一馈电网络层的一侧，所述第五金属层上设置有所述第二预设数量个所述第三缝隙天线元件；
所述第三缝隙天线元件，用于将所述第二电磁波耦合至所述第五缝隙天线元件；
所述第二缝隙天线元件，用于将所述双极化电磁波耦合至所述第四缝隙天线元件。
3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述第一功分器和第一转换器分别设置于所述第二介质基板上，所述第一波导端口设置于所述第二介质基板的边缘；
所述第一转换器与所述第一波导端口连接，用于将经由所述第一波导端口进入的第一入射波转换成第一电磁波；
所述第一功分器，用于将所述第一电磁波均匀等相位的馈到每个所述第二缝隙天线元件；
所述第二馈电网络层，还包括：第二功分器、第二波导端口和第二转换器，其中，所述第二功分器和第二转换器分别设置于所述第三介质基板上，所述第二波导端口设置于所述第三介质基板的边缘；
所述第二转换器与所述第二波导端口连接，用于将经由所述第二波导端口进入的第二入射波转换成与所述第一电磁波方向垂直的第二电磁波；
所述第二功分器，用于将所述第二电磁波均匀等相位的馈到每个所述第三缝隙天线元件。
4.根据权利要求2-3任一项所述的天线阵列，其特征在于，
所述天线单元层为：由所述第二预设数量个天线元件子阵组成的天线阵列，其中，每个所述天线元件子阵由第三预设数量个所述第一缝隙天线元件组成；
所述第二缝隙天线元件与所述第四缝隙天线元件一一对应，每个所述第二缝隙天线元件的中心与该第二缝隙天线元件对应的第四缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在平面；
所述第四缝隙天线元件与所述天线元件子阵一一对应，每个所述第四缝隙天线元件的中心与该第四缝隙天线元件对应的天线元件子阵的中心形成的直线垂直于所述第一介质基板所在的平面；
所述第三缝隙天线元件与所述第五缝隙天线元件一一对应，每个所述第三缝隙天线元件的中心与该第三缝隙天线元件对应的第五缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在平面；
所述第五缝隙天线元件与所述第二缝隙天线元件一一对应，每个所述第五缝隙天线元件的中心与该第五缝隙天线元件对应的第二缝隙天线元件的中心形成的直线垂直于所述第二介质基板所在的平面。
5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，
所述第二缝隙天线元件与所述第四缝隙天线元件均为十字形缝隙天线元件，所述第三缝隙天线元件与所述第五缝隙天线元件均为竖条形缝隙天线元件。
6.根据权利要求3所述的天线阵列，其特征在于，
所述第一功分器，用于输出等幅度、等相位的电磁波；
所述T型功分器的输入端与所述第一波导端口正对；
所述T型功分器，用于通过其输出端将所述第一电磁波输入至所述同相T型功分器的输入端；
所述同相T型功分器，用于通过其输出端将所述第一电磁波输入至所述H型功分器的输入端。
7.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述第一电磁波与所述第二电磁波均满足TE10模的单模传输条件。
8.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列中的所有介质层的材料均为聚四氟乙烯板材。
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