專利名稱：一種復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線。
背景技術(shù)：
當(dāng)電磁波沿行波結(jié)構(gòu)傳播時(shí)，若沿此結(jié)構(gòu)不斷地產(chǎn)生輻射，所輻射的波稱為漏波，這種產(chǎn)生漏波的結(jié)構(gòu)稱為漏波天線。漏波天線在雷達(dá)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，如通過改變頻率來進(jìn)行掃描，因此也被稱為頻率掃描天線?，F(xiàn)有技術(shù)中，有著多種類型的漏波天線，如 矩形波導(dǎo)均勻漏波天線、微帶漏波天線等。隨著電磁超材料(Metamaterials)的迅速發(fā)展,作為電磁超材料中的一種，基于復(fù)合左右手(Composite Right/Left-Handed, CRLH)結(jié)構(gòu)的傳輸線在漏波天線中得到了應(yīng)用。電磁超材料是一種具有天然媒質(zhì)所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合媒質(zhì)，它被定義為等效均勻的結(jié)構(gòu)，具有不同于普通材料的特性，如負(fù)折射、平板聚焦、后向波等。作為一種電磁超材料，CRLH傳輸線也具有上述特性。CRLH傳輸線有多種實(shí)現(xiàn)方式，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，CRLH傳輸線采用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide,SIff)實(shí)現(xiàn)。SIW是近年來興起的平面導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，由平面基板加上兩排周期排列的金屬過孔組成，具有低成本、易與平面電路集成同時(shí)保持傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)高品質(zhì)因數(shù)、低損耗等優(yōu)點(diǎn)(請參見參考文獻(xiàn) I D. Deslandes and K. Wu, " Integrated microstrip and rectangularwaveguide in planar form, " Microwave and Wireless Components Letters, IEEE,vol. 11, pp. 68-70，2001)?；赟IW結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線集合了 SIW的優(yōu)點(diǎn)，相比于微帶結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線，能工作在更高的頻段，如X波段(請參見參考文獻(xiàn)2 D. Yuandan andT. Itoh, " Composite Right/Left-Handed Substrate Integrated Waveguide and HalfMode Substrate Integrated Waveguide Leaky-Wave Structures, " Antennas andPropagation, IEEE Transactions on, vol. 59, pp. 767-775, 2011.)、Ku 波段甚至毫米波波段。漏波天線一般為均勻或者周期的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，當(dāng)其工作在快波區(qū)域時(shí)，能夠向空間輻射能量，其主波束的輻射角的表示方式如下0(co)= sin-1 [ ^ (co) /k0] (I)其中，Q ( )表不主波束方向，P ( )表不傳播常數(shù)，《表不頻率，kQ表不自由空間中的波數(shù)。由這一公式可以看出，當(dāng)傳播常數(shù)P ( )隨頻率CO變化時(shí)，主波束方向0 (CO)也在變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率掃描。對于傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)均勻漏波天線，其傳播常數(shù)^ ( ) >0，因此只能在前向的一部分區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掃描。而微帶構(gòu)成的周期性漏波天線，當(dāng)其工作在高階模式下時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)后向區(qū)域和前向區(qū)域的掃描，然而還是不能在邊射方向上進(jìn)行掃描，而且這種結(jié)構(gòu)由于其主模是慢波，不能對外產(chǎn)生輻射，因此必須工作在高階模式下，其饋電往往比較復(fù)雜。而基于CRLH傳輸線的漏波天線在主模狀態(tài)下就可以對外產(chǎn)生輻射，因此其饋電簡單，并且由于左手效應(yīng)的關(guān)系，其傳播常數(shù)P ( )可以隨頻率從-R0到+kQ變化，理論上可以達(dá)到[-90°，+90° ]的連續(xù)掃描范圍。由此可見，較傳統(tǒng)的漏波天線，基于CRLH傳輸線的漏波天線能夠在主模狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)從后向到前向的連續(xù)頻率掃描。而采用基于SIW結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線的漏波天線除了具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還能夠工作在很高的頻段?；贑RLH傳輸線的漏波天線在實(shí)際應(yīng)用中也有一定的缺陷。在平衡條件下的CRLH單元(基于SIW結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線就是一種平衡條件下的CRLH單元)中，其串聯(lián)諧振頻率(Cose)和并聯(lián)諧振頻率(《sh)相等，且都等于轉(zhuǎn)移頻率W(|，即wse= wSh = w (I，或者等效地，有LkC1j = L1jCk,其中，Lk表示右手電感,Lli表示左手電感，Ce表示右手電容，Cl表示左手電容。在此頻點(diǎn)處，CRLH傳輸線從左手區(qū)域轉(zhuǎn)移到右手區(qū)域。平衡條件下，傳播常數(shù)可以表示為理想左手傳輸線和理想右手傳輸線各自傳播常數(shù)的疊加，如下面的公式(2)所示
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線，其特征在于，包括多個(gè)天線單元，所述多個(gè)天線單元依次相鄰排列；其中， 所述天線單元包括一平面基板，所述平面基板的上、下兩側(cè)分別開有一排周期排列的金屬過孔；所述平面基板的中心位置開有一縫隙，在所述縫隙的兩側(cè)各自分布有一個(gè)成手指交叉狀的交指電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線，其特征在于，所述交指電容在所述縫隙的兩側(cè)對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線，其特征在于，所述天線單元的數(shù)目在5-30之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線，其特征在于，所述縫隙的長度小于諧振長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線，包括多個(gè)天線單元，所述多個(gè)天線單元依次相鄰排列；其中，所述天線單元包括一平面基板，所述平面基板的上、下兩側(cè)分別開有一排周期排列的金屬過孔；所述平面基板的中心位置開有一縫隙，在所述縫隙的兩側(cè)各自分布有一個(gè)成手指交叉狀的交指電容。本發(fā)明能夠在較窄頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)大角度范圍的掃描。
文檔編號H01Q13/10GK102637958SQ20121012517
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者張?jiān)迫A, 張祥坤, 楊青山 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心