[发明专利]一种基于左右手复合传输线的漏波天线

说明书

技术领域： 

本发明涉及微波技术领域，具体是一种基于左右手复合传输线的漏波天线。

微带漏波天线是一种重要的微带行波天线，由于其具有结构简单、波束方向频控可调、易于耦合、便于共形安装等特点，近年来越来越受到人们的重视。微带漏波天线工作于第一高阶模，形成空间漏波辐射，其主波束方向依赖于工作频率，具有电控频扫特性。微带漏波天线的辐射特性可以用漏波传输常数k_z＝β_z-jα_z来说明，其中α_z为漏波衰减常数，β_z为漏波相移常数。α_z和β_z分别决定天线的波束宽度和辐射角。当满足β_z＜k₀(k₀＝2π/λ₀为自由空间波数)时，微带漏波天线工作于第一高阶模，电磁波沿着微带线边传输边向空间辐射能量，主波束辐射方向是与线源轴线成一定角度的斜射，辐射角θ由式 决定，天线辐射主波束方向随着工作频率的增大向端射方向偏移。 

近年来，左右手复合传输线理论发展迅速，本发明提出一种利用左右手复合材料来设计新型微带漏波天线的新思路。利用传输线理论构建微带结构的左右手复合材料，用新材料体系的设计来实现微带漏波天线大范围频率扫描。左右手复合传输线的传播常数随着频率的增大从左手区（）到右手区（）逐渐变化，该天线有两个独特的优点：一是天线传播常数随频率的变化可以从负值变化到正值，从而可以实现天线从后向到前向的大范围扫描；二是左右手复合传输线在基模状态下即可以实现，因此基于左右手复合传输线的漏波天线可以工作于基模模式，从而可以简化馈电网络。 

发明内容： 

本发明的目的是提供一种基于左右手复合传输线的漏波天线，利用左右手传输线特殊的正负相位常数特性实现波束的后向到前向大范围扫描，同时使漏波天线工作于微带线的基模状态以简化馈电网络。

本发明的技术方案如下： 

一种基于左右手复合传输线的漏波天线，其特征在于：包括有长方形介质基板，介质基板两面各有金属层，上表面金属层为周期性电路，下表面金属层为接地层；所述的周期性电路由多个周期性电路单元组成，每个周期单元由叉指电容与环形电感组成，周期性电路中各叉指电容周期性排列；其中叉指电容产生串联电容及串联电感，环形电感产生并联电感及并联电容，电感末端采用平面结构的虚拟接地方式。

周期性电路两端分别连接有阻抗变化器。 

所述的叉指电容指数为6对12根，每根叉指的长度为2.2mm，宽度为0.1mm，指间间距为0.1mm，叉指两侧长方形的长和宽分别为2.3mm和0.5mm，环形电感器线宽皆为0.1mm，其中上下垂直边长度是0.6mm，水平边长度为0.3mm，环周长1.92mm，缺口宽度为0.15mm，接地层的宽度为2mm，长度为4mm；所述的周期性电路单元为29个，所述的阻抗变化器为阻抗变化器，其长度皆是6.7mm，从外向里宽度依次是4.7mm、3.4mm、2.3mm，使用时候一个端口做为馈线端，另一个端口接匹配负载。 

所述的叉指电容的指数为4对8根，每根叉指的长度为2.2mm，宽度为0.1mm，指间间距为0.1mm，叉指两侧长方形的长和宽分别为1.5mm和0.5mm，环形电感器线宽皆为0.1mm，其中上下垂直边长度是0.45mm，水平边长度为0.2mm，环周长1.51mm，缺口宽度为0.15mm，接地层的宽度为2mm，长度为4mm；所述的周期性电路单元为25个，所述的阻抗变化器为阻抗变化器，其长度皆是5.7mm，从外向里宽度依次是2.3mm、1.9mm、1.5mm，使用时候一个端口做为馈线端，一个端口接匹配负载。 

    本发明正是基于左右手复合传输线特殊的频散特性来设计一种新型的低剖面大范围扫描的漏波天线，该漏波天线是个周期结构，每个周期电路单元由叉指电容与环形电感组成，其中叉指电容产生串联电容及串联电感，环形电感产生并联电感及并联电容。一般左右手材料中的并联电感及并联电容是通过顶端过孔的折线来实现，从工艺上来说金属过孔无疑增加了加工难度且带来稳定性隐患。本发明采用虚拟接地的方式代替过孔接地，这样大大降低天线的加工难度且提高了稳定性，同时本发明采用环形电感代替以往的折线形电感，环形电感具有易于加工且损耗小等优势。这种新型的低剖面大范围扫描的漏波天线结构主要包括天线介质基板，金属图案、金属接地板和两端阻抗变换器等。基板采用双面敷铜板制作，在其中的一面刻蚀出所需的周期性电路，另一面作为金属地。