[发明专利]复合左右手圆极化电扫相控漏波天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种漏波天线，属于通信领域。

背景技术

漏波天线主要有两种设计方案。第一种是在波导结构(中空的矩形或圆柱形金属腔)上开槽，以破坏波导内部的电磁场分布，由于磁力线具有闭合的特性，开槽后会在波导外部形成额外的电磁场以满足磁力线的闭合性，该电磁场是形成辐射的主要原因。第二种则是设计特定相移常数的平面结构，如图1所示，电磁波在介质中的相移常数为β，在自由空间中传输的相移常数为k₀，沿纵向传播的相移常数为k_y，k₀＜k_y时，β为虚数，沿天线平面法向的传播表述为e^jβ，此时e^jβ为一实数，因此仅产生衰减而不能传输。而当k₀＞k_y时，β为实数，e^jβ为复数，因此在天线平面法向产生辐射，形成漏波。漏波是行波在沿波导结构传输过程中向外辐射功率形成的波束，可利用此性质制作成漏波天线，漏波天线的原理与通常的谐振天线不同，利用行波原理，而非谐振原理，因此，漏波天线具有很强的方向性。

漏波天线作为非谐振天线，其尺寸不取决于工作频率且往往为电小尺寸，一般为八分之一波长左右，而通常的谐振天线单元的尺寸为二分之一波长左右，因此漏波天线与传统谐振天线相比，具有小型化的特点。而天线尺寸单元的减小，导致同样尺寸的设计包含的单元数量增多，进而实现了高增益。天线尺寸对工作频率不敏感，因此实现了宽带特性。

相控阵天线是利用不同天线单元之间的相位差，形成一定指向的波前，进而决定天线主瓣方向。对于前文所述漏波天线而言，由于每个天线单元均工作于快波区，因此产生辐射，而级联馈电又使得各个天线单元之间产生一定的相差，这恰恰符合了相控阵天线的要求，因此可将上述漏波天线视为相控阵天线。

另一方面，通过在漏波天线单元上加载变容二极管，改变天线单元表面的电流相位，进而改变天线的远场辐射的波前方向，从而改变了天线的主瓣方向。在漏波天线上加载变容二极管，可以实现基于电扫的波束方向可重构的漏波天线。

电扫技术的意义在于传统的扫描是在方向图不变的前提下改变天线的指向方向，因此需要额外设计机械转动部分，而随着大规模集成电路的发展，现有的机械加工技术已无法适应新的电路设计需要，因此相控阵天线的提出无疑彻底解决了这一问题，且由于彻底摒弃机械结构，使得系统的设计复杂度及工作量大大降低。另外，由于相控阵天线的方向图的可重构基于变容二极管电容值的改变，而变容二极管的直流馈电大小可迅速改变，因此电扫天线的扫描速度远超使用机械结构的传统扫描天线。

圆极化天线广泛应用于卫星通信系统，具有易于接收，适应性好的特点。而现有的相控漏波天线并不能实现圆极化，原因在于当天线辐射单元同时作为圆极化单元时，圆极化的实现取决于天线辐射单元的表面电流，而随着变容二极管电容值的改变，表面电流改变明显，进而严重影响圆极化性能，同时也影响了天线的输入阻抗，使得传输效率降低。另一种实现方法是先构造传输线，实现一定相移，再构造圆极化单元，单元间距为四分之一波长，这样做的缺点在于结构复杂，无法小型化，且圆极化单元的间距与波长关联，使得频带宽度变窄，同时也面临着表面电流分布被严重改变的问题。

因此，现有技术无法实现漏波天线的圆极化指标要求，使得漏波天线无法应用于卫星通信领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术无法实现漏波天线圆极化的问题，提供一种复合左右手圆极化电扫相控漏波天线。

复合左右手圆极化电扫相控漏波天线，它的结构是由上层金属层、中间介质板和底层金属板叠加组成；

上层金属层采用微带线雕刻加工金属板而成，该金属层是由两个天线单元馈线、N个传输线单元和N个窄线组成，N为大于或等于10的正整数；

天线单元馈线为正方形结构，传输线单元为由六边形结构和窄线组成，所述六边形结构由矩形切除其对角线方向的两个角获得，切除的两个角形状相同，均为等腰三角形结构；N个六边形结构一字型排列成一行，该行的两端分别设置一个天线单元馈线，每相邻两个六边形结构之间通过变容二极管连接，天线单元馈线与相邻的六边形结构之间通过一个变容二极管连接；

每个六边形结构的下侧分别设置一个窄线，N个窄线相互平行设置；

每个窄线的中间位置设置有一个断带，该断带将窄线按长度平均为成两段，所述两段之间通过变容二极管连接，在每个窄线的末端均设置有一个过孔，该过孔用于将所在窄线与底层金属实现电连接。