[发明专利]一种传输线和漏波天线复用器件及其波束扫描方法

说明书

本发明公开了一种传输线和漏波天线复用器件及其波束扫描方法，所述器件包括介质基板，分别位于介质基板上下表面的金属条带和金属地板，以及通过过孔连接金属地板和金属条带的周期性交替排列的电容和变容二极管。金属条带包括两端的渐变微带线结构和中间的人工表面等离激元结构。当变容二极管的容值与固定电容的容值一致时，该器件的表面阻抗一致，实现传输线的功能；当变容二极管的容值与固定电容的容值不一致时，该器件的表面阻抗得到周期性调制，实现漏波天线辐射功能。采用电压作为调节手段，随着电压的改变能够实现波束定频扫描；该器件制造简单、操作方便、容易集成，只需要一步光刻过程，不仅节省造价，而且避免了多层结构引发的加工误差。

技术领域

本发明涉及微波天线，特别是涉及一种传输线和漏波天线复用器件及其波束扫描法。

背景技术

表面等离子体激元为一种表面电磁波模式，分布在金属和介质的分界面处，将电磁能量紧密地束缚在分界面周围很小的区域内，在光波段具有亚波长特性，可以有效地传输和局域光波，在光通信系统中应用广泛。然而，在微波段金属表现出理想电导体特性，在金属和介质分界面不能直接支持表面等离子体激元。因此基于平面金属开槽结构的人工表面等离激元被提出，其色散特性与表面等离子体激元保持一致，为设计平面等离子体器件提供了可能。一般而言，超薄人工表面等离激元结构为不带背地金属的单导体金属开槽条带，进行表面阻抗调制后的辐射模式为全向辐射。

天线作为现代通信系统中的重要组成部分，主要用于辐射和接收电磁能量，随着社会对通信系统要求的不断提高，天线的增益、波束扫描能力以及多工作模式备受关注。漏波天线与其他种类的天线相比，天然具有高方向性、低剖面以及波束随频率扫描的特点。同时，随着通信技术的快速发展，简单的固定波束天线已经难以满足系统的需要，而具有波束定频扫描功能的天线的构造就显得十分重要。微带漏波天线的分类方法有很多种，此处选择按照原理分类的方法进行介绍。第一类是均匀阻抗表面结构漏波天线，均匀阻抗表面结构漏波天线的特点是不以对行波方向的表面阻抗调制设计辐射特性，此类漏波天线的典型代表是工作于高阶模式的微带线。第二类是周期性阻抗表面调制漏波天线，所谓周期性阻抗表面调制漏波天线是指在电磁波传播方向上进行周期性的调制，依据其传输的基次谐波是否为快波又可细分为两类，

其中，基次谐波是快波的可被称为准均匀漏波天线，其周期一般远小于波长，不同于传统意义上的周期性漏波天线，准均匀漏波天线并非利用周期性结构产生的空间谐波实现辐射，而是直接利用基波辐射；另外一种是严格意义上的周期性漏波天线，与均匀性漏波结构不同的是，周期性漏波结构的基波为慢波模式，其辐射模式是通过结构的不连续性激发出谐振快波产生的。

在目前的研究成果中，尚未实现漏波天线和传输线的复用功能，并且，没有解决预先进行角度理论计算的问题，另外现有技术制造复杂、操作不便、不容易集成，造价比 较高，而且多层结构容易引发加工误差。

发明内容

发明目的：提供一种基于人工表面等离激元的传输线和双频带定频波束扫描漏波天线复用器件及其波束扫描方法。

技术方案：一种传输线和双频带定频波束扫描漏波天线复用器件，包括介质基板，分别位于该介质基板上表面及下表面的金属条带和金属地板，以及周期性交替排列的固定电容和变容二极管；

所述金属条带包括两端的弧形渐变微带线结构和位于渐变微带线结构之间的人工表面等离激元结构，所述人工表面等离激元结构包括若干槽深和槽宽一致的开槽单元结构；所述每个开槽单元结构上均设有一个固定电容或变容二极管，且固定电容或变容二极管通过过孔与金属地板连接，沿所述渐变微带线结构至人工表面等离激元结构的方向，固定电容和变容二极管周期性交替排列；

当变容二极管的容值与固定电容的容值一致时，该器件的表面阻抗一致，实现传输线的功能；当变容二极管的容值与固定电容的容值不一致时，该器件的表面阻抗得到周期性调制，实现漏波天线辐射功能。

其中，人工表面等离子体激元的表面阻抗所产生的周期性地不连续性变化满足以下公式：