[發明專利]一種定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法

有效

• 申請號: 201710595115.3
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107425282B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 馬慧鋒;王萌;張浩馳;魏楠;崔鐵軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q13/20;H01Q13/08;H01Q23/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法，所述天線包括介質基板，分別位于該介質基板正反兩面的金屬條帶和金屬地板以及位于介質基板正面的若干變容二極管；金屬條帶包括一組弧形漸變微帶線結構和位于漸變微帶線結構之間的人工表面等離激元結構；人工表面等離激元結構包括與漸變微帶線結構連接的過渡段和位于過渡段之間的若干槽深周期變化的開槽單元；金屬條帶通過變容二極管和過孔與金屬地板連接。本發明通過對變容二極管容值的調整實現對平均表面阻抗的調制，且隨著電壓的改變能夠實現波束定頻掃描；另外本發明制造簡單、操作方便、容易集成，只需要一步光刻過程，不僅節省造價，而且避免了多層結構引發的加工誤差。

技術領域

本發明涉及微波天線，特別是涉及一種定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法。

背景技術

表面等離子體激元為一種表面電磁波模式，分布在金屬和介質的分界面處，將電磁能量緊密地束縛在分界面周圍很小的區域內，在光波段具有亞波長特性，可以有效地傳輸和局域光波，在光通信系統中應用廣泛。然而，在微波段金屬表現出理想電導體特性，在金屬和介質分界面不能直接支持表面等離子體激元。因此基于平面金屬開槽結構的人工表面等離激元被提出，其色散特性與表面等離子體激元保持一致，為設計平面等離子體器件提供了可能。一般而言，超薄人工表面等離激元結構為不帶背地金屬的單導體金屬開槽條帶，進行表面阻抗調制后的輻射模式為全向輻射。

天線作為現代通信系統中的重要組成部分，主要用于輻射和接收電磁能量，隨著社會對通信系統要求的不斷提高，天線的增益、波束掃描能力以及多工作模式備受關注。漏波天線與其他種類的天線相比，天然具有高方向性、低剖面以及波束隨頻率掃描的特點。同時，隨著通信技術的快速發展，簡單的固定波束天線已經難以滿足系統的需要，而具有波束定頻掃描功能的天線的構造就顯得十分重要。

微帶漏波天線的分類方法有很多種，此處選擇按照原理分類的方法進行介紹。第一類是均勻阻抗表面結構漏波天線，均勻阻抗表面結構漏波天線的特點是不以對行波方向的表面阻抗調制設計輻射特性，此類漏波天線的典型代表是工作于高階模式的微帶線。第二類是周期性阻抗表面調制漏波天線，所謂周期性阻抗表面調制漏波天線是指在電磁波傳播方向上進行周期性的調制，依據其傳輸的基次諧波是否為快波又可細分為兩類，其中，基次諧波是快波的可被稱為準均勻漏波天線，其周期一般遠小于波長，不同于傳統意義上的周期性漏波天線，準均勻漏波天線并非利用周期性結構產生的空間諧波實現輻射，而是直接利用基波輻射；另外一種是嚴格意義上的周期性漏波天線，與均勻性漏波結構不同的是，周期性漏波結構的基波為慢波模式，其輻射模式是通過結構的不連續性激發出諧振快波產生的。

現有技術沒有解決預先進行波束角度指向理論計算的問題，另外現有技術制造復雜、操作不便、不容易集成，造價比較高，而且多層結構容易引發加工誤差。

發明內容

發明目的：提供一種可實現定頻波束掃描的基于帶地人工表面等離激元的定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法。

技術方案：一種定頻波束掃描漏波天線，包括介質基板，位于介質基板正面的金屬條帶，位于介質基板反面的金屬地板以及位于介質基板正面的若干變容二極管；

所述金屬條帶包括一組弧形漸變微帶線結構和位于漸變微帶線結構之間的人工表面等離激元結構；所述人工表面等離激元結構包括與漸變微帶線結構連接的過渡段和位于過渡段之間的若干槽深周期變化的開槽單元；人工表面等離激元結構的一側設有垂直其中軸線的凹槽；沿漸變微帶線結構至人工表面等離激元結構的方向，過渡段中的凹槽槽深先增加后減小；開槽單元中的凹槽槽深先增加后減小；與漸變微帶線結構相鄰的所述過渡段的第一開槽單元設有與其凹槽關于金屬條帶中軸線鏡像對稱的凹槽；

所述人工表面等離激元結構的各開槽單元均對應連接一變容二極管的一端，所述變容二極管的另一端均通過過孔與金屬地板連接。