[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

权利要求书

1.一种基于复合左右手传输线的定频波束扫描天线，其特征在于，所述定频波束扫描天线包括：介质基板、天线单元、微带线和直流偏置线；其中，在介质基板上形成多个天线单元，多个天线单元沿一维排列形成天线阵列，规定天线阵列的排列方向为横向，垂直于天线阵列的排列方向为纵向；在天线阵列的两端分别连接微带线，微带线连接至射频连接头，一端的射频连接头连接微波能量源，作为微波能量的馈入端，另一端的射频连接头连接匹配负载，作为微波能量的吸收端；各个天线单元通过直流偏置线连接至外置的电压源的正电压；

每个天线单元包括：两对金属通孔、两片金属贴片、两条纵向槽、两条缝隙、一个直流馈电贴片、两个变容二极管和一个电感器；其中，在介质基板上开设打穿上下表面的两对孔洞，在孔洞的表面覆盖一层金属形成两对金属通孔，每对金属通孔的连线沿纵向；在每一对金属通孔之间设置一片金属贴片，金属贴片的上边缘和下边缘分别接触对应的金属通孔，金属贴片与对应的金属通孔电学连接；在每一个金属贴片的上表面中心开设纵向槽，纵向槽的方向沿纵向，并且位于对应的一对金属通孔的连线上；在两片金属贴片之间设置直流馈电贴片；直流馈电贴片分别与位于两侧的金属贴片有距离，形成两条缝隙；两个变容二极管分别横跨在对应的缝隙上，金属贴片通过变容二极管连接至直流馈电贴片；直流馈电贴片的边缘设置电感器，通过电感器连接至直流偏置线；在介质基板的下表面形成金属地板，金属通孔连通金属地板，各个天线单元的金属地板连接成一个整体；金属地板连接至外置的电压源的负电压；天线单元关于直流馈电贴片的中心线左右对称，中心线沿纵向；

天线单元的等效电路模型包括：每一对金属通孔相当于并联电感L_LH，两侧的金属贴片以及金属地板和介质基板共同相当于两侧的两个并联电容C_RH，每一片金属贴片相当于串联电感L_RH，每一条纵向槽相当于串联电容C_LH，每条缝隙和相应的变容二极管共同相当于可变电容C_V，直流馈电贴片和金属地板以及介质基板共同相当于中部电容C，构成左右两侧对称的电路；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；由于中部电容C的存在，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，使得左手部分的谐振角频率和右手部分的谐振角频率与可变电容C_V有关，且等效电路模型的谐振角频率随可变电容C_V的变化而变化；当可变电容C_V变大时，定频波束扫描天线的传播常数β增大，而定频波束扫描天线的波束辐射方向由定频波束扫描天线的传播常数β和空气中的传播常数k₀比值决定，即定频波束扫描天线的辐射角度因此定频波束扫描天线的传播常数β增大，对应的是定频波束扫描天线的辐射角度的增大；同样的，当可变电容C_V变小时，定频波束扫描天线的传播常数β减小，对应的是定频波束扫描天线的辐射角度的减小；微波从一端的射频连接头通过微带线馈入至天线阵列，经过天线阵列辐射出去，没有被辐射出去的能量被另一端的射频连接头连接的匹配负载吸收；电感器将直流偏置线与直流馈电贴片相连，从而将金属贴片中的高频电流与直流偏置线相隔离，且不影响直流偏置线对变容二极管的偏置电压加载；外置的电压源的正电压通过直流偏置线以及与直流偏置线相连的直流馈电贴片施加到变容二极管的一端，偏置电压的负电压通过金属地板以及与其相连的金属通孔和与金属通孔相连的两侧金属贴片施加到变容二极管的另一端，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，从而实现了仅通过控制偏置电压调节定频波束扫描天线中单变量可变电容C_V来调节定频波束扫描天线的辐射方向。