[发明专利]一种基于多层悬置带线结构的CTS波束扫描天线

说明书

本发明公开了一种基于多层悬置带线结构的CTS波束扫描天线，包括基于多层悬置带线结构的CTS天线和超表面移相结构；所述基于多层悬置带线结构的CTS天线包括线源结构、波导悬置带线离散化结构、悬置带线功率分配结构和辐射结构；所述超表面移相结构位于所述线源结构内部或所述辐射结构表面，用于控制电磁波的相位分布，实现电子扫描波束。本发明天线结构具有低剖面、宽带、高功率、低副瓣和易加工的优点，同时能够实现电子扫描波束，本发明可用于高性能的电扫天线阵列场合，具有频带宽，调控灵活，损耗低等特点。

技术领域

本发明涉及天线及天线波束扫描技术领域，尤其涉及移动和航空应用的CTS波束扫描天线。

背景技术

由于通信系统对高传输速率和高可靠传输的需求日益增长，CTS天线作为一种良好性能和制造稳定性的天线正在成为先进天线系统的候选天线。因此，国际上很早就对CTS天线开展了一系列的研究，CTS(Continuous Transverse Stub，连续切向节天线)是一种波导缝隙天线，于二十世纪九十年代由美国雷神公司的William W.Milory最先提出，一提出就引起了学术界的强烈反响(Milroy,W.W.,“Continuous transverse stub(CTS)elementdevices and methods of making same,”U.S.patent 5,266,961,Aug.29,1991)。传统的CTS天线是由多个开口有切向缝隙的平行板波导组成，任何由平面波激励的平行板波导产生的纵向电流分量会被横向缝隙切断，由于采用平行板波导这种结构，使得传输损耗变低，天线效率显著提高。

上述连续切向节天线在实际应用情况下，辐射单元的工作带宽是比较宽的，但是天线的整体带宽受限于串联馈电方式和端口转换网络。为了增加天线整体带宽，实现波束定向，可以适当的改变馈电方式，可以设计出适用于并联馈电工作的CTS天线(Ettorre,M.,F.Foglia Manzillo,M.Casaletti,R.Sauleau,L.Le Coq,and N.Capet,“Continuoustransverse stub array for Ka-band applications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,Vol.63,No.9,4798–4800,Sep.1015.)。Mauro Ettorre等人描述的是一种全金属16阵元的并联馈电CTS天线，天线工作在Ka波段，辐射单元由若干个等功率分配波导T型结产生等幅同相的准TEM信号激励。结构同样采用平行板波导馈电，实验结果证明是一种高增益低副瓣的CTS天线阵列。

清华大学的李越等人提出一种集成了两个6级超材料移相器的3单元CPW-CTS天线(Y.Li,et al.“A new low cost leaky wave coplanar waveguide continuoustransverse stub antenna array using metamaterial-based phase shifters forbeam steering,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1013.61(7):3511-3518)，CPW传输线上集成了若干超材料移相器，其中每个移相器可以等效为一个串联电容和两个对称分布的并联电感，天线的波束扫描功能是通过调节移相器的相位特性而实现的，虽然该类型CPW-CTS天线可以实现天线的一维扫描波束，但是存在介质损耗大，偏置电路设计复杂等问题。

然而，现有的CTS天线阵列设计大多采用平行板波导或基片集成波导馈电方式。前者馈电方式虽然损耗低，但是随着天线口径的增大，馈电网络的加工装配难度提高，天线剖面也随之变大，不能实现天线系统的小型化；后者馈电方式虽然剖面低，但是馈电网络的损耗较大功率容量较低，该方式使得天线效率变差，不能有效应用于实际环境中。