專利名稱：一種圓極化電掃相控漏波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及一種圓極化電掃相控漏波天線。
背景技術(shù)：
漏波天線原理如圖1所示，電磁波在介質(zhì)中的相移常數(shù)為在自由空間中傳輸?shù)南嘁瞥?shù)為1 ,沿縱向傳播的相移常數(shù)為ky,_fcv 二柄-β2 , k0<ky時(shí),為虛數(shù),沿天線平面法向的傳播表述為eH此時(shí)為一實(shí)數(shù)，因此僅產(chǎn)生衰減而不能傳輸。而當(dāng)IiPky時(shí)，為實(shí)數(shù)，e0J為復(fù)數(shù)，因此在天線平面法向產(chǎn)生輻射，形成漏波。漏波是行波在沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳輸過(guò)程中向外輻射功率形成的波束，可利用此性質(zhì)制作成漏波天線，漏波天線的原理與通常的諧振天線不同，利用行波原理，而非諧振原理，因此，漏波天線具有很強(qiáng)的方向性漏波天線作為非諧振天線，其尺寸不取決于工作頻率且往往為電小尺寸，一般為八分之一波長(zhǎng)左右，而通常的諧振天線單元的尺寸為二分之一波長(zhǎng)左右，因此漏波天線與傳統(tǒng)諧振天線相比，具有小型化的特點(diǎn)。而天線尺寸單元的減小，導(dǎo)致同樣尺寸的設(shè)計(jì)包含的單元數(shù)量增多，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高增益。天線尺寸對(duì)工作頻率不敏感，因此實(shí)現(xiàn)了寬帶特性。相控陣天線是利用不同天線單元之間的相位差，形成一定指向的波前，進(jìn)而決定天線主瓣方向。對(duì)于前文所述漏波天線而言，由于每個(gè)天線單元均工作于快波區(qū)，因此產(chǎn)生輻射，而級(jí)聯(lián)饋電又使得各個(gè)天線單元之間產(chǎn)生一定的相差，這恰恰符合了相控陣天線的要求，因此可將上述漏波天線視為相控陣天線。另一方面，通過(guò)在漏波天線單元上加載變?nèi)荻O管，改變天線單元表面的電流相位，進(jìn)而改變天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的波前方向，從而改變了天線的主瓣方向。在漏波天線上加載變?nèi)荻O管，可以實(shí)現(xiàn)基于電掃的波束方向可重構(gòu)的漏波天線。 電掃技術(shù)的意義在于傳統(tǒng)的掃描是在方向圖不變的前提下改變天線的指向方向，因此需要額外設(shè)計(jì)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，而隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，現(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)已無(wú)法適應(yīng)新的電路設(shè)計(jì)需要，因此相控陣天線的提出無(wú)疑徹底解決了這一問(wèn)題，且由于徹底摒棄機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度及工作量大大降低。另外，由于相控陣天線的方向圖的可重構(gòu)基于變?nèi)荻O管電容值的改變，而變?nèi)荻O管的直流饋電大小可迅速改變，因此電掃天線的掃描速度遠(yuǎn)超使用機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)掃描天線。圓極化天線廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，具有易于接收，適應(yīng)性好的特點(diǎn)。而現(xiàn)有的相控漏波天線并不能實(shí)現(xiàn)圓極化，原因在于當(dāng)天線輻射單元同時(shí)作為圓極化單元時(shí)，圓極化的實(shí)現(xiàn)取決于天線輻射單元的表面電流，而隨著變?nèi)荻O管電容值的改變，表面電流改變明顯，進(jìn)而嚴(yán)重影響圓極化性能，同時(shí)也影響了天線的輸入阻抗，使得傳輸效率降低。另一種實(shí)現(xiàn)方法是先構(gòu)造傳輸線，實(shí)現(xiàn)一定相移，再構(gòu)造圓極化單元，單元間距為四分之一波長(zhǎng)，這樣做的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法小型化，且圓極化單元的間距與波長(zhǎng)關(guān)聯(lián)，使得頻帶寬度變窄，同時(shí)也面臨著表面電流分布被嚴(yán)重改變的問(wèn)題
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種圓極化電掃相控漏波天線，通過(guò)將圓極化電掃漏波天線分別設(shè)計(jì)饋線部分與圓極化部分，從而降低設(shè)計(jì)難度，另一方面為了保證設(shè)計(jì)的小型化，還需要將饋線與圓極化部分整合起來(lái)，減小天線的尺寸。本種實(shí)用新型的所提供的一圓極化電掃相控漏波天線，包括介質(zhì)板層、位于介質(zhì)板層之上的表面圖案層以及位于介質(zhì)板層之下的金屬板底層，其特征在于，所述表面圖案層包括:多個(gè)傳輸線單元；多條分別經(jīng)由變?nèi)荻O管連接每個(gè)傳輸單元的天線單元饋線；多條分別連接每條天線單元饋線的窄線；若干個(gè)分別連接在相鄰兩條窄線之間的交指?jìng)鬏斁€；其中，所有相鄰兩個(gè)傳輸線單元之間均連接有變?nèi)荻O管。優(yōu)選地，每條窄線均包括一個(gè)串接在其中段的變?nèi)荻O管。優(yōu)選地，每條窄線在其遠(yuǎn)離天線單元饋線的一端設(shè)有一個(gè)過(guò)孔，并且所述過(guò)孔經(jīng)由穿過(guò)表面圖案層介質(zhì)板層的金屬線連接所述金屬板底層。優(yōu)選地，每個(gè)交指?jìng)鬏斁€均具有兩條平行的微帶線，其每條微帶線的一端連接所述相鄰兩條窄線之一條窄線，其另一端布置在所述相鄰兩條窄線之另一條窄線的附近。優(yōu)選地，每條微帶線的兩端分別位于所述相鄰兩條窄線過(guò)孔的附近。優(yōu)選地，布置在窄線附近的微帶線與其窄線的距離等于兩條平行的微帶線的間距。優(yōu)選地，每個(gè)傳輸線單元均為矩形，且每個(gè)矩形傳輸線單元的兩個(gè)對(duì)角分別為切掉了一個(gè)等腰直角三角形邊的切角。優(yōu)選地,分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左下角和右上角。優(yōu)選地,分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左上角和右下角。優(yōu)選地，所述傳輸線單元的工作頻率為5.8GHz?，F(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的技術(shù)效果是，可用于衛(wèi)星通信，圓極化鑒別率高，重量輕，且為電控掃描結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，易于集成化，掃描速度快，且在漏波天線基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圓極化迄今為止未見(jiàn)報(bào)道。設(shè)計(jì)具有獨(dú)創(chuàng)性以及巨大的實(shí)用價(jià)值。

圖1是漏波天線的原理圖；圖2是本實(shí)用新型的圓極化電掃相控漏波天線的微帶線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本實(shí)用新型的圓極化電掃相控漏波天線仿真模型；圖4-圖7分別是本實(shí)用新型的圓極化電掃相控漏波天線的主瓣方向分別為為0°、11°、22°、37° 時(shí)的軸比。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖2顯示了本實(shí)用新型的圓極化電掃相控漏波天線的微帶線結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖2所示，包括介質(zhì)板層、位于介質(zhì)板層之上的表面圖案層以及位于介質(zhì)板層之下的金屬板底層，其特征在于，所述表面圖案層包括:多個(gè)傳輸線單元I ;多條分別經(jīng)由變?nèi)荻O管連接每個(gè)傳輸單元I的天線單元饋線2 ；多條分別連接每條天線單元饋線2的窄線3 ；若干個(gè)分別連接在相鄰兩條窄線3之間的交指?jìng)鬏斁€4 ；其中，所有相鄰兩個(gè)傳輸線單元I之間均連接有變?nèi)荻O管5。進(jìn)一步說(shuō)，其結(jié)構(gòu)為一個(gè)典型復(fù)合左右手漏波天線與一段交指?jìng)鬏斁€4結(jié)合，在漏波天線上切角，使得傳輸線單元I本身實(shí)現(xiàn)圓極化，而由于傳輸線單元I還負(fù)責(zé)通過(guò)信號(hào)耦合傳輸功率，使得圓極化質(zhì)量受到影響，交指?jìng)鬏斁€4的作用是通過(guò)構(gòu)造額外的饋線，用傳導(dǎo)傳輸來(lái)降低耦合傳輸?shù)墓β?，從而降低耦合?duì)圓極化性能的劣化，使用交指結(jié)構(gòu)來(lái)微調(diào)阻抗，使得變?nèi)荻O管電容5改變時(shí)依然能保證功率傳輸，同時(shí)，交指?jìng)鬏斁€4與天線單元的左手電感結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)圓極化，這樣就保證了在掃描的同時(shí)圓極化性能不受較大影響。其中，每條窄線3均包括一個(gè)串接在其中段的變?nèi)荻O管5 ;每條窄線3在其遠(yuǎn)離天線單元饋線2的一端設(shè)有一個(gè)過(guò)孔6，并且所述過(guò)孔6經(jīng)由穿過(guò)表面圖案層介質(zhì)板層的金屬線連接所述金屬板底層；每個(gè)交指?jìng)鬏斁€4均具有兩條平行的微帶線，其每條微帶線的一端連接所述相鄰兩條窄線3之一條窄線3，其另一端布置在所述相鄰兩條窄線3之另一條窄線3的附近；每條微帶線的兩端分別位于所述相鄰兩條窄線3過(guò)孔6的附近。此外，布置在窄線3附近的微帶線與其窄線3的距離等于兩條平行的微帶線的間距；每個(gè)傳輸線單元I均為矩形，且每個(gè)矩形傳輸線單元I的兩個(gè)對(duì)角分別為切掉了一個(gè)等腰直角三角形邊的切角。其中，分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左下角和右上角或分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左上角和右下角。也就是說(shuō)，本實(shí)用新型的圓極化電掃漏波天線，由一塊微帶線雕刻加工而成。表面為金屬圖案，下層為介質(zhì)板，材料為Rogers5880,底層為金屬板(地板)。其中表面圖案由天線單元饋線2，帶有切角的傳輸線單元I，帶有過(guò)孔6及變?nèi)荻O管4的窄線3及交指?jìng)鬏斁€4組成。傳輸線單元I為矩形的左下角與右上角分別切除一個(gè)等腰直角三角形金屬層而成，兩個(gè)等腰三角形尺寸相同。窄線3的末端做過(guò)孔6接地處理，通過(guò)打孔與金屬化使其穿過(guò)介質(zhì)版與地板連接，窄線3的中段有一段斷帶，用于放置變?nèi)荻O管5，變?nèi)荻O管5搭接在斷帶兩端。窄線3末端過(guò)孔6附近放置交指?jìng)鬏斁€4的傳輸線，其結(jié)構(gòu)由兩條平行交錯(cuò)并有一定間距的微帶線構(gòu)成，交指?jìng)鬏斁€4間的距離及窄線3與交指?jìng)鬏斁€4的距離相等。兩傳輸線單元1，以及無(wú)線單元饋線2與傳輸線單元I之間的間隙上同樣需要搭接變?nèi)荻O管5。以上兩處的變?nèi)荻O管5均用矩形框表示。底層金屬板無(wú)圖案。其中貼片尺寸一定程度影響天線的工作頻率，窄帶尺寸影響天線的掃描范圍、方向及圓極化軸比，交指結(jié)構(gòu)影響天線的軸比。所述傳輸線單元的工作頻率為5.8GHz。圖3顯示了本實(shí)用新型的仿真用模型圖，如圖所示，選取單元數(shù)量為25個(gè)，橫向尺寸在4.3Xg左右，縱向尺寸在0.2Xg左右。工作頻率設(shè)為5.8GHz。[0043]圖4至圖7分別是圖3所示的仿真效果的圓極化電掃相控漏波天線的主瓣方向分別為為0° >11° >22° >37°時(shí)的軸比的不意圖，如圖所不，標(biāo)尺所在位直為福射最大方向，即當(dāng)前橫軸讀數(shù)，縱軸指示的數(shù)值為此時(shí)的軸比，按照?qǐng)A極化軸比定義，3dB以下即為良好圓極化，最大不能超過(guò)6dB。從仿真圖可見(jiàn),僅在福射方向接近O時(shí),軸比在6dB左右,其他位置均保持優(yōu)異的圓極化效果。綜上所述，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果:具有O至40的掃描范圍，軸比一般在3dB以下，副瓣低，工作頻率在5.8GHz?？捎糜谛l(wèi)星通信，圓極化鑒別率高，重量輕，且為電控掃描結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，易于集成化，掃描速度快，且在漏波天線基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圓極化迄今為止未見(jiàn)報(bào)道。設(shè)計(jì)具有獨(dú)創(chuàng)性以及巨大的實(shí)用價(jià)值。盡管上文對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本實(shí)用新型原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種圓極化電掃相控漏波天線，包括介質(zhì)板層、位于介質(zhì)板層之上的表面圖案層以及位于介質(zhì)板層之下的金屬板底層，其特征在于，所述表面圖案層包括: 多個(gè)傳輸線單元； 多條分別經(jīng)由變?nèi)荻O管連接每個(gè)傳輸單元的天線單元饋線； 多條分別連接每條天線單元饋線的窄線； 若干個(gè)分別連接在相鄰兩條窄線之間的交指?jìng)鬏斁€； 其中，所有相鄰兩個(gè)傳輸線單元之間均連接有變?nèi)荻O管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，每條窄線均包括一個(gè)串接在其中段的變?nèi)荻O管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，每條窄線在其遠(yuǎn)離天線單元饋線的一端設(shè)有一個(gè)過(guò)孔，并且所述過(guò)孔經(jīng)由穿過(guò)表面圖案層介質(zhì)板層的金屬線連接所述金屬板底層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，每個(gè)交指?jìng)鬏斁€均具有兩條平行的微帶線，其每條微帶線的一端連接所述相鄰兩條窄線之一條窄線，其另一端布置在所述相鄰兩條窄線之另一條窄線的附近。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，每條微帶線的兩端分別位于所述相鄰兩條窄線過(guò)孔的附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，布置在窄線附近的微帶線與其窄線的距離等于兩條平行的微帶線的間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，每個(gè)傳輸線單元均為矩形，且每個(gè)矩形傳輸線單元的兩個(gè)對(duì)角分別為切掉了一個(gè)等腰直角三角形邊的切角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左下角和右上角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，分別為切角的兩個(gè)對(duì)角是左上角和右下角。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圓極化電掃相控漏波天線，其特征在于，所述傳輸線單元的工作頻率為5.8GHz。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種圓極化電掃相控漏波天線，包括介質(zhì)板層、位于介質(zhì)板層之上的表面圖案層以及位于介質(zhì)板層之下的金屬板底層，其特征在于，所述表面圖案層包括多個(gè)傳輸線單元；多條分別經(jīng)由變?nèi)荻O管連接每個(gè)傳輸單元的天線單元饋線；多條分別連接每條天線單元饋線的窄線；若干個(gè)分別連接在相鄰兩條窄線之間的交指?jìng)鬏斁€；其中，所有相鄰兩個(gè)傳輸線單元之間均連接有變?nèi)荻O管。本實(shí)用新型可用于衛(wèi)星通信，圓極化鑒別率高，重量輕，且為電控掃描結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，易于集成化，掃描速度快。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK202917635SQ20122045539
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者馮春楠, 張欣, 王金龍, 杜江, 馬濤, 傅佳輝, 陳晚 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司