[发明专利]平板低旁瓣二维可调的漏波平面阵列天线

说明书

本发明提出了一种平面阵列天线，具有一种小型化二维可调的高增益低旁瓣的辐射RF波束方向图。所述天线包括由多个第一行和第二行天线振子单元组成的超材料阵列，以沿第一轴传播辐射方向图。所述第一行天线振子单元以左手模式工作，所述第二行天线振子单元以右手模式工作。所述天线振子单元分别包括液晶体和虚拟接地线，所述虚拟接地线能够生成用于调整所述液晶的介电值的电位差。所述天线还包括设置在中心位置上的多个RF输入端口和双通道中心馈电网络，所述双通道中心馈电网络通信地耦合到所述多个成对的第一行和第二行天线振子单元以及所述多个RF输入端口，以形成和控制所述辐射RF波束方向图的方向。

相关申请交叉引用

本申请要求于2019年3月15日提交的申请号为62/819,211、发明名称为“平板低旁瓣二维可调的漏波平面阵列天线(FLAT-PLATE,LOW SIDELOBE,TWO-DIMENSIONAL,STEERABLE LEAKY-WAVE PLANAR ARRAY ANTENNA)”的美国临时申请的权益，要求于2020年3月11日提交的申请号为16/815,207、发明名称也为“平板低旁瓣二维可调的漏波平面阵列天线(FLAT-PLATE,LOW SIDELOBE,TWO-DIMENSIONAL,STEERABLE LEAKY-WAVE PLANARARRAY ANTENNA)”的美国专利申请的权益，它们的内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及阵列天线。更具体地，本发明涉及包括复合左右手(composite right-left-handed，CRLH)超材料的阵列天线。

背景技术

漏波天线包括一种沿导向结构长度提供低电平射频(Radio Frequency，RF)辐射的波导结构。漏波天线用于许多应用，包括无线通信(例如5G网络)、卫星通信、GPS系统等。

为了确保RF辐射沿固定方向引导，典型的漏波天线要求在已知频率下，辐射场沿波导结构的传播常数保持稳定。因此，传统漏波天线通常具有均匀的孔径几何形状。这种配置导致馈点沿天线孔径的振幅发生自然的指数式衰变。

然而，这种不对称振幅削减通常会导致这些天线沿辐射方向图的旁瓣性能较差。此外，由于天线固有的正传播常数，所以典型的漏波天线可以进行角扫描，并且只能控制在大约一半的可用空间(例如，90°)内扫描。

在解决有关漏波天线的旁瓣性能差、固定频率下缺乏波束可调性等一些所指出的问题时，已考虑将超材料(MTM)纳入天线结构的构造之中，以利用和控制某些有优势的电磁(electromagnetic，EM)辐射特性。

MTM由不同于天然材料的人工结构组成，天然材料通常符合EM辐射的右手传播。因此，MTM可以用于在左手模式和右手模式中的一个或两个模式下工作。这些MTM称为复合左右手(composite right-left-handed，CRLH)MTM。CRLH MTM可以使用传统的介电和导电材料进行设计，以产生定向可调的EM辐射特性。

发明内容

本发明的一个目的描述了一种平面阵列天线结构，其提供了小型化二维可调的高增益低旁瓣的辐射RF波束。所述平面阵列天线包括复合左右手(composite right-andleft-handed，CRLH)超材料天线阵列，用于辐射射频(radio-frequency，RF)波束方向图。所述CRLH超材料天线阵列包括多个成对的第一行和第二行天线振子单元。所述第一行和第二行天线振子单元中的一行天线振子单元可控制以左手辐射模式工作，所述第一行和第二行天线振子单元中的另一行天线振子单元可控制以右手辐射模式工作，所述多个成对的第一行和第二行天线振子单元用于沿第一轴传播辐射方向图。所述天线振子单元分别包括具有可控介电值的液晶体和至少一个接地隔离片，其中，所述至少一个接地隔离片配置为虚拟接地线，以实现用于控制所述液晶体的所述介电值的电位差。