專利名稱：180°連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)漏波天線。
背景技術(shù)：
漏波天線作為一種常規(guī)天線人們在數(shù)十年前就對它進(jìn)行了深入的研究。通 常來說，它是一種快波傳輸結(jié)構(gòu)，由于輻射特性其行波具有連續(xù)的輻射能量損 耗。經(jīng)典的漏波天線是在沿著波導(dǎo)傳播方向上開槽，這種漏波天線具有頻率掃 描特性，其空間掃描角度隨著頻率變化，但是傳統(tǒng)的漏波天線只支持前向空間 0 90°掃描，只具有右手傳輸模式，如圖1所示。
最近，左手介質(zhì)由于具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，展現(xiàn)了一系列反常電磁 特性，如負(fù)折射、后向波、逆多普勒效應(yīng)等，在電磁學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)領(lǐng)域受 到了越來越多的關(guān)注。人們已經(jīng)對基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的左手介質(zhì)進(jìn)行了一些理論和 實(shí)驗(yàn)研究。.最早的研究是填充開口諧振環(huán)(SRRs)的小型化波導(dǎo)，該波導(dǎo)工 作在主模(TE模)的截止頻率以下，具有左手傳輸特性，但是填充開口諧振 環(huán)(SRRs)的諧振結(jié)構(gòu)不可避免的會導(dǎo)致工作帶寬窄，損耗大等缺點(diǎn)。后來， 人們還提出了利用消逝TM模式構(gòu)造左手波導(dǎo)的設(shè)計(jì)思想。但是這些研究成果 都存在左手傳輸頻率區(qū)間和右手傳輸頻率區(qū)間難以銜接，進(jìn)而平衡復(fù)合左右手 傳輸線特性不易實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，因而無法設(shè)計(jì)180?？臻g連續(xù)掃描能力的波導(dǎo)漏 波天線。值得注意的是，Eshmh等人提出了波紋矩形波導(dǎo)構(gòu)造的復(fù)合左右手傳 輸線性的波導(dǎo)傳輸線左手介質(zhì)，從而有效的避免填充開口諧振環(huán)(SRRs)的 諧振特性，有利于寬帶、低損耗復(fù)合左右手波導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)。然而，利用該左手波 導(dǎo)設(shè)計(jì)這種復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天線時也存在不可避免的缺陷，其需要在波導(dǎo) 寬邊E或者窄邊再次開槽，增加設(shè)計(jì)難度，甚至?xí)茐牟▽?dǎo)固有的傳輸特性， 從而不能有效實(shí)現(xiàn)后向到前向的連續(xù)漏波輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有漏波天線中空間掃描范圍小，不完全具備穩(wěn)定的傳輸 特性、輻射特性和無盲區(qū)的連續(xù)掃描能力，以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難加工、損耗高的
缺點(diǎn)，而提出了 180。連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天線。
本發(fā)明由矩形波導(dǎo)l、電介質(zhì)2和介質(zhì)3組成；矩形波導(dǎo)l的上表面縱向 開有一組周期長度為/7并與矩形波導(dǎo)1的腔體連通的矩形槽型波紋結(jié)構(gòu)4，波 紋結(jié)構(gòu)4的長邊A的長度為/2，波紋結(jié)構(gòu)4的厚度B為w，波紋結(jié)構(gòu)4的高 度C為A波紋結(jié)構(gòu)4長邊A與矩形波導(dǎo)1寬邊E平行，矩形波導(dǎo)1的腔體 的寬邊E的寬度為/7，矩形波導(dǎo)1的腔體的窄邊F的長度為6，矩形波導(dǎo)1的 腔體內(nèi)填充有介質(zhì)3，介質(zhì)3的相對介電常數(shù)為。、相對磁導(dǎo)率為;^，電介 質(zhì)2填充于波紋結(jié)構(gòu)4內(nèi)，電介質(zhì)2的相對介電常數(shù)為。、相對磁導(dǎo)率為/^，
電介質(zhì)2和介質(zhì)3滿足如下關(guān)系 <formula>formula see original document page 4</formula>/￡2<義,，其中c-3.0Xl()Sm/s為電磁波在真空中的傳播速度。
本發(fā)明利用左手介質(zhì)的基本理論，通過串聯(lián)電容效應(yīng)和并聯(lián)電感效應(yīng)獲得 負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，從而實(shí)現(xiàn)左手介質(zhì)，它通常具有較寬的頻帶和較低的 損耗。本發(fā)明的矩形波導(dǎo)在截止頻率以下表現(xiàn)出并聯(lián)負(fù)電感效應(yīng)，而終端開口 的電介質(zhì)填充波紋表現(xiàn)出串聯(lián)負(fù)電容效應(yīng)(不同于相同長度終端短路的電介質(zhì) 填充波紋的串聯(lián)負(fù)電感效應(yīng))，從而在波導(dǎo)截止頻率以下實(shí)現(xiàn)了左手傳輸特性 (相位常數(shù)為負(fù))，同時這種特殊設(shè)計(jì)方式并不影響矩形波導(dǎo)截止頻率以上的 右手傳播特性(相位常數(shù)為正)。加載在矩形波導(dǎo)上的周期性波紋結(jié)構(gòu)由于終 端開口，本身就具有漏波輻射特性，因此合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)左 手區(qū)域和右手區(qū)域無縫鏈接的180。連續(xù)空間掃描，掃描范圍是傳統(tǒng)漏波天線 的兩倍。支持左手和右手模式的復(fù)合左右手傳輸線在天線當(dāng)中展現(xiàn)了較高的應(yīng)
用價值。


圖l是傳統(tǒng)漏波天線輻射示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖
2的A-A剖視圖；圖4是圖3的B-B剖視圖；圖5是圖3的B-B剖視圖；圖6 是本發(fā)明的180。連續(xù)空間掃描示意圖；圖7是具體實(shí)施方式
五的漏波天線色 散關(guān)系圖；圖8是具體實(shí)施方式
五的漏波天線方向性示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施
方式由矩形波導(dǎo)l、電介質(zhì)2和介質(zhì)3組成；矩形波導(dǎo)1的上表面縱向開有一
組周期長度為P并與矩形波導(dǎo)1的腔體連通的矩形槽型波紋結(jié)構(gòu)4，波紋結(jié)構(gòu)
4的長邊A的長度為/2，波紋結(jié)構(gòu)4的厚度B為w，波紋結(jié)構(gòu)4的高度C為A
波紋結(jié)構(gòu)4長邊A與矩形波導(dǎo)1寬邊E平行，矩形波導(dǎo)1的腔體的寬邊E的
寬度為//，'矩形波導(dǎo)1的腔體的窄邊F的長度為6，矩形波導(dǎo)1的腔體內(nèi)填充
有介質(zhì)3，介質(zhì)3的相對介電常數(shù)為。、相對磁導(dǎo)率為//2，電介質(zhì)2填充于
波紋結(jié)構(gòu)4內(nèi)，電介質(zhì)2的相對介電常數(shù)為。、相對磁導(dǎo)率為/^，電介質(zhì)2
和介質(zhì)3滿足如下關(guān)系~=//2=1， e!〉e2， A〉Z)， /;》/2， 7 ^_，
2仏M
義2=~~^，/￡2</￡1，其中c-3.0Xl()Sm/s為電磁波在真空中的傳播速度。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于介質(zhì)3的相 對介電常數(shù)為1々2<15,相對磁導(dǎo)率為/^=1，介質(zhì)3包括空氣。其它組成和連
接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于 0.2/￡1 </￡2 < 0.6厶，其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施 方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于電介質(zhì)2的相對介電常數(shù)￡1為1.008，介質(zhì) 3的相對介電常數(shù)￡2為2.32，在工作頻段為2 12GHz的范圍內(nèi)，矩形波導(dǎo)1 上表面開設(shè)波紋結(jié)構(gòu)4的周期長度p為0.2mm 2mm，波紋結(jié)構(gòu)4的長邊A 的長度/2為115 75mm，波紋結(jié)構(gòu)4的厚度B的長度w為0.1mm 2mm，波 紋結(jié)構(gòu)4的高度C的長度d與矩形波導(dǎo)1上表面壁厚為0.4mm 6mm，矩形 波導(dǎo)1的腔體的寬邊E的寬度~為12.5 75mm，矩形波導(dǎo)1的腔體的窄邊F 的長度6為0.8mm 37mm;其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施 方式，本實(shí)施方式中的介質(zhì)2的相對介電常數(shù)q為1.008，介質(zhì)3的相對介電 常數(shù)&為2.32，矩形波導(dǎo)1上表面開設(shè)波紋結(jié)構(gòu)4的周期長度/7為lmm，波
紋結(jié)構(gòu)4的長邊A的長度與矩形波導(dǎo)1的腔體的寬邊E的寬度為16mm， 波紋結(jié)構(gòu)4的寬邊E的寬度為w為0.2mm，波紋結(jié)構(gòu)4的高度C為d與矩形 波導(dǎo)管1上表面壁厚為2.1mm,矩形波導(dǎo)1的腔體的窄邊F的長度6為2mm。 其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式的效果本實(shí)施方式 的漏波天線能在7.45 GHz以上的快波區(qū)域?qū)崿F(xiàn)前后向連續(xù)空間掃描 (-90° 90°)，且左手區(qū)間和右手區(qū)間的交點(diǎn)在/= 9.36 GHz處，如圖6。以三 個頻點(diǎn)舉例(7.70 GHz， 9.36 GHz禾tl 11.90GHz),如圖7，從圖中可以明顯的 看到該新型漏波天線從左手到右手頻率區(qū)域，具有隨著頻率變化的后向到前向 的空間波束掃描能力，這完全不同于傳統(tǒng)漏波天線只能支持前向掃描的特性。 同時，我們得到其在/= 9.36GHz處的零角度輻射特性，其剛好在左手和右手 區(qū)域的交界處。計(jì)算結(jié)果還表明，隨著頻率從7.50GHz上升到11.90GHz,其 波束掃描角會相應(yīng)的從-52G到28°連續(xù)變化。
權(quán)利要求
1、180°連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天線，其特征在于它由矩形波導(dǎo)(1)、電介質(zhì)(2)和介質(zhì)(3)組成；矩形波導(dǎo)(1)的上表面縱向開有一組周期長度為p并與矩形波導(dǎo)(1)的腔體連通的矩形槽型波紋結(jié)構(gòu)(4)，波紋結(jié)構(gòu)(4)的長邊(A)的長度為l2，波紋結(jié)構(gòu)(4)的厚度(B)為w，波紋結(jié)構(gòu)(4)的高度(C)為d，波紋結(jié)構(gòu)(4)長邊(A)與矩形波導(dǎo)(1)寬邊(E)平行，矩形波導(dǎo)(1)的腔體的寬邊(E)的寬度為l1，矩形波導(dǎo)(1)的腔體的窄邊(F)的長度為b，矩形波導(dǎo)(1)的腔體內(nèi)填充有介質(zhì)(3)，介質(zhì)(3)的相對介電常數(shù)為ε2、相對磁導(dǎo)率為μ2，電介質(zhì)(2)填充于波紋結(jié)構(gòu)(4)內(nèi)，電介質(zhì)(2)的相對介電常數(shù)為ε1、相對磁導(dǎo)率為μ1，電介質(zhì)(2)和介質(zhì)(3)滿足如下關(guān)系μ1＝μ2＝1，ε1＞ε2，l1＞b，l1≥l2，<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>c</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>c</mi> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>l</mi> <mn>1</mn></msub><msqrt> <msub><mi>&epsiv;</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>&mu;</mi><mn>1</mn> </msub></msqrt> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007101445515C00011.gif" wi="117" he="43" img-content="drawing" img-format="tif"/-->
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的180°連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天 線，其特征在于介質(zhì)(3)的相對介電常數(shù)為l<e2<15，相對磁導(dǎo)率為/^-1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的180°連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天 線，其特征在于0.2/d < ,2 < 0.6/cl 。
全文摘要
180°連續(xù)空間掃描的復(fù)合左右手波導(dǎo)漏波天線，本發(fā)明涉及波導(dǎo)漏波天線，它解決了現(xiàn)有天線掃描范圍小、不完全具備穩(wěn)定的傳輸特性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難加工、損耗高的缺點(diǎn)。它的矩形波導(dǎo)(1)的上表面縱向開有一組周期長度為p并與矩形波導(dǎo)(1)的腔體連通的矩形槽型波紋結(jié)構(gòu)(4)，波紋結(jié)構(gòu)(4)的長邊(A)為l₂，厚度(B)為w，高度(C)為d，其長邊(A)與矩形波導(dǎo)(1)寬邊(E)平行，矩形波導(dǎo)(1)的窄邊(F)為b，寬邊(E)為l₁，矩形波導(dǎo)(1)的腔體內(nèi)填充有介質(zhì)(3)，電介質(zhì)(2)填充于波紋結(jié)構(gòu)(4)內(nèi)，電介質(zhì)(2)和介質(zhì)(3)滿足如下關(guān)系μ₁＝μ₂＝1，ε₁＞ε₂，l₁＞b，l₁≥l₂，f_c1=c/2l₁ε₁μ₁，f_c2=c/2l₂ε₂μ₂，f_c2＜f_c1，其中c＝3.0×10⁸m/s為電磁波在真空中的傳播速度。本發(fā)明具有掃描范圍大，傳輸穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。
文檔編號H01Q13/00GK101170217SQ20071014455
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者傅佳輝, 群 吳, 孟繁義, 楊國輝, 攀 潘 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)