[发明专利]基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线及其实现方法。本发明在天线单元的等效电路模型中，左右两侧分别为串联电容C_LH与串联电感L_RH串联后再连接至并联的并联电容C_RH和并联电感L_LH的一端，两侧电路的中间串联可变电容C_V后再并联中部电容C，可变电容C_V和中部电容C共同改变了左手部分的谐振角频率和右手部分的谐振角频率，利用外置的电压源控制变容二极管的容值，控制可变电容C_V，进而控制传播常数β，从而实现调节定频波束扫描天线的辐射方向，本发明仅通过控制偏置电压调节单个变量，实现波束扫描；本发明的定频波束扫描天线具有偏置电路结构简单、扫描范围大和带宽大等优点，在移动通信，卫星通信等通信场景中有很好的前景。

技术领域

本发明涉及定频波束扫描天线，具体涉及一种基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线及其实现方法。

背景技术

复合左右手传输线天线是一种漏波天线，具有宽工作带宽，高定向性，结构简单，低剖面的优势和频率扫描的特性。复合左右手传输线天线辐射出的波束角度会随着天线工作频率的变化而变化，这使得天线辐射波束的可覆盖面积增大，但是在实际通信场景中这种频率扫描的特性往往不能实用，在移动通信，卫星通信等需要波束扫描的场景中，通信信号是一个固定中心频率的窄频带信号，因此定频的波束扫描特性更适合于这些现代通信场景。

为了使得定频波束扫描的复合左右手传输线天线能够实现过零角度的前后向扫描，需要让复合左右手传输线的左手部分和右手部分的谐振频率同时增大或同时减小。目前已经有部分研究对定频波束扫描的复合左右手传输线天线进行过设计，利用两个独立电压控制复合左右手传输线的两个变量，实现天线的波束扫描(见参考文献[1]:S.Chen,D.K.Karmokar,Z.Li,P.Qin,R.W.Ziolkowski and Y.J.Guo,Continuous Beam Scanningat a Fixed Frequency With a Composite Right-/Left-Handed Leaky-Wave AntennaOperating Over a Wide Frequency Band,IEEE Transactions on Antennas andPropagation,vol.67,no.12,pp.7272-7284,Dec.2019)。

如图1所示，现有的复合左右手传输线的等效电路模型包括两个串联电容C_LH、两个串联电感L_RH、两个并联电容C_RH和两个并联电感L_LH，构成左右两侧对称的电路，一侧电路为串联电容C_LH与串联电感L_RH串联后再连接至并联的并联电容C_RH和并联电感L_LH的一端，等效电路模型具有两个谐振角频率，分别为左手部分的谐振频率和右手部分的谐振角频率；在现有的复合左右手传输线技术中，为了实现大范围的前后向波束扫描，需要同时改变并联电容C_RH与并联电感L_LH中的一个变量，和串联电容C_LH与串联电感L_RH中的一个变量，才能同时改变左手部分的谐振频率和右手部分的谐振角频率，同时改变上述两个变量一般需要两个独立的控制电压，这种技术增加了偏置电路设计的复杂度。

发明内容

为了实现复合左右手传输线实现大范围的前后向波束扫描，本发明提出了一种基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线及其实现方法，仅用单电压控制复合左右手传输线的单个变量，实现天线的波束扫描；本发明的天线具有偏置电路结构简单、扫描范围大、带宽大等优点，在移动通信，卫星通信等通信场景中有很好的前景。

本发明的一个目的在于提出一种基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线。