本发明专利技术提出了一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，用于解决现有波导缝隙天线因为天线波束的指向在波导行波方向上难以实现窄频带内的宽角度频率扫描而导致的应用范围窄的技术问题；包括矩形波导、波导辐射器和超表面；矩形波导由馈电连接器、第一矩形波导、梯度渐变矩形波导和第二矩形波导依次连接而成，其单侧窄边为开放结构，在该开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，连接有两块平行金属板组成的波导辐射器，该矩形波导开放结构一侧镶嵌有超表面，该超表面包括介质板和其表面印制的蚀刻有周期性排布的多个矩形开口环单元的金属贴片。本发明专利技术具有窄频带内宽角度波束扫描的特性，可用于雷达卫星等无线通信领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波天线
，涉及一种波导缝隙频率扫描天线，具体涉及一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，可用于雷达卫星等无线通信领域。技术背景波导缝隙天线是一种在波导边上开有多条缝隙的天线，天线通过缝隙向外空间辐射电磁波，常用的缝隙形式有宽边纵向、横向缝隙和窄边倾斜缝隙等。波导缝隙天线具有口径效率高、馈电形式灵活、结构和性能稳定等优点成为了现代军事通信天线的优选形式，通过利用波导缝隙天线实现波束扫描能够迅速准确地搜索和跟踪空中目标，已经广泛应用于雷达、飞机、卫星等无线通信领域。天线波束扫描有机械扫描和电控扫描两种方式，随着无线通信技术的发展，传统的机械扫描天线已经远远不能满足雷达探测和卫星通信等无线通信领域的需求，为了满足日新月异的通信需求，电控扫描天线应运而生；电控扫描天线可分为相位控制扫描天线和频率控制扫描天线，同机械扫描天线相比，具有波束指向灵活、迅速、数据率高和波束扫描时间短等优点，同时实现识别、搜索、跟踪、无源探测和制导等多种功能。波导缝隙天线实现天线波束的电控扫描通常采用相位控制扫描，这种方法是把多个波导缝隙天线在波导行波垂直方向上组成天线阵列结构，通过电子移相器对天线阵列进行馈电相位调节，可以实现天线在波导行波垂直方向上的宽角度波束扫描，但是相位控制扫描难以实现天线在波导行波方向上的波束扫描。例如，2010年，路志勇在《中国电子科学研究院学报》，国内刊号为CN11-5118，发表了题为“一维相控阵通信天线设计”的文章，该文章公开了一种多个波导缝隙天线组成阵列的波导缝隙阵天线结构，通过采用电子移相器给波导缝隙阵天线馈电的方式，实现了天线波束在波导行波垂直方向上31°的宽角度的相位控制扫描，但是该结构无法实现波导行波方向上的相位控制扫描。另一方面，现有研究通过采用行波型波导缝隙天线，可以实现天线波束在其行波方向上的频率控制扫描，克服了相位控制扫描在波导行波方向上难以通过电子移相器实现天线波束扫描的缺陷，这种设计依赖于工作频率的改变来调节天线的波束指向，但是该种类型的天线在窄频带内波束扫描角度较小，无法实现天线在窄频带内的宽角度波束扫描。例如，2011年，李斌在的《火控雷达技术》，国内刊号为CN61-1214/TJ，发表了题为“频扫单脉冲天线技术研究”的文章，该文章公开了一种行波型波导缝隙天线的结构，采用了波导窄边开缝的方法，实现了天线波束在波导行波方向上的频率控制扫描，但是在7％的相对频带范围内，扫描角度变化只有6°左右，该天线在窄带内波束的扫描范围很小。再如，2012年，Evan D.Cullens在《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》，国际刊号为ISSN0018-926X，发表了的题为“Micro-Fabricated 130-180GHz Frequency Scanning Waveguide Arrays”的文章，该文章公开了一种行波型波导缝隙天线的结构，采用了波导宽边开缝的方法，同样实现了天线波束在波导行波方向上的频率控制扫描，但是该天线的波束指向扫描30°需要28％的相对频带，虽然实现了宽角度扫描，但是需要很大的频率带宽，无法实现在窄频带内的宽角度扫描。由于雷达等无线通信领域需要波束扫描角度覆盖一定的范围，对于需要宽角度扫描的雷达系统来说，行波型波导缝隙天线在窄频带内小范围的波束扫描无法满足其应用要求；虽然增大频率的带宽可以增加行波型波导缝隙天线的扫描角度，但是其它的窄频带天线无法接收宽频带的电磁波信号，限制了接收天线的类型，而且频率带宽的增加还降低了频带的利用率，因此实现天线波束在波导行波方向上频率扫描的波导缝隙天线的应用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，利用超表面透射电磁波的角度色散特性，实现波导缝隙天线在波导行波方向上窄频带内的宽角度波束扫描，用于解决现有波导缝隙天线因为天线波束的指向在波导行波方向上难以实现窄频带内的宽角度频率扫描而导致的应用范围窄的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，包括矩形波导1，该矩形波导1的单侧窄边开有缝隙，用于辐射电磁波；矩形波导1的单侧窄边为开放结构，在该矩形波导1开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，各连接有一块金属板，且该两块金属板平行，构成波导辐射器2，在该矩形波导1开放结构一侧，镶嵌有超表面3，且该超表面3与两块金属板垂直，用于实现窄频带内的宽角度波束扫描。上述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，矩形波导1，由馈电连接器11、第一矩形波导12、梯度渐变矩形波导13和第二矩形波导14依次连接而成，其中第二矩形波导14的输出端为封闭结构。上述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，梯度渐变矩形波导13，其两个宽边的形状为直角梯形，该直角梯形的直角边，用于连接波导辐射器2。上述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，超表面3，包括介质板31，该介质板31的一个表面上印制有金属贴片，在该金属贴片上蚀刻有周期性排布的多个缝隙开口谐振环单元32。上述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，缝隙开口谐振环单元32，其形状为一个短边带有开口的矩形环。上述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，超表面3，其印制有金属贴片的表面，朝向矩形波导1空腔的方向，并与该矩形波导1的两个宽边相连。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术由于矩形波导的单侧窄边为开放结构，该矩形波导开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，连接有两块平行金属板组成的波导辐射器，在该矩形波导开放结构一侧，镶嵌有超表面；其中矩形波导的中间部分采用梯度渐变矩形波导结构，其两个宽边的形状为直角梯形，超表面的印制在介质板上的金属贴片蚀刻有周期性的多个缝隙开口谐振环单元，其形状为一个短边带有开口的矩形环，实现了天线波束的指向在波导行波方向上窄频带内的宽角度扫描，与现有的波导缝隙天线相比，有效地扩大了天线的应用范围。仿真结果表明，本专利技术能够实现天线波束的指向在7％的相对频带范围内扫描30°左右，远大于现有的波导缝隙天线。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的矩形波导的结构示意图；图3是本专利技术的超表面的结构示意图；图4是本专利技术的缝隙开口谐振环单元的结构示意图；图5是本专利技术的梯度渐变矩形波导中的TEM波斜传播示意图；图6是本专利技术的超表面不同入射角度的频率-S21仿真图；图7是本专利技术的频率-VSWR仿真图；图8是本专利技术工作带宽内的频率-辐射角度仿真图；图9是本专利技术不同频率工作下的扫描角度-增益仿真方向图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术作进一步说明。参照图1，本专利技术包括矩形波导1，波导辐射器2和超表面3，其中矩形波导1和波导辐射器2采用轻质光滑导电率良好的金属材料。矩形波导1的单侧窄边为开放结构，其结构如图2所示，用于给超表面3馈电；在该矩形波导1开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，各连接有一块金属板，且该两块金属板平行，构成波导辐射器2，该波导辐射器2长度L＝L1+L2+L3＝121mm，宽度W3＝15mm，平行金属板距离h＝7.9mm；在该矩形波导1开放结构一侧，镶嵌有超表面3，其结构如图3所示，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，包括矩形波导(1)，该矩形波导(1)的单侧窄边开有缝隙，用于辐射电磁波；其特征在于，所述矩形波导(1)的单侧窄边为开放结构，在该矩形波导(1)开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，各连接有一块金属板，且该两块金属板平行，构成波导辐射器(2)，在该矩形波导(1)开放结构一侧，镶嵌有超表面(3)，且该超表面(3)与两块金属板垂直，用于实现窄频带内的宽角度波束扫描。
【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，包括矩形波导(1)，该矩形波导(1)的单侧窄边开有缝隙，用于辐射电磁波；其特征在于，所述矩形波导(1)的单侧窄边为开放结构，在该矩形波导(1)开放结构一侧两个宽边的延伸方向上，各连接有一块金属板，且该两块金属板平行，构成波导辐射器(2)，在该矩形波导(1)开放结构一侧，镶嵌有超表面(3)，且该超表面(3)与两块金属板垂直，用于实现窄频带内的宽角度波束扫描。2.根据权利要求1所述的基于超表面的波导缝隙频率扫描天线，其特征在于，所述矩形波导(1)，由馈电连接器(11)、第一矩形波导(12)、梯度渐变矩形波导(13)和第二矩形波导(14)依次连接而成，其中所述第二矩形波导(14)的输出端为封闭结构。3.根据权利要求2所述的基于超表...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐，张澳芳，李冬，李佳成，师阿元，雷振亚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。