本发明专利技术公开了一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，所述天线由周期性漏波天线和人工电磁结构两部分组成；其中，周期性漏波天线由辐射贴片、通孔、地、同轴馈电部分以及Rogers5880基板组成，人工电磁结构由环形贴片阵列和FR4基板组成，该周期漏波天线在4‑6Ghz内的S11均小于‑10dB,最大增益达到12.47dBi，扫描范围可达‑60～+60，通过在周期漏波天线上加载人工电磁结构，在不改变扫描范围的情况下将其增益提高了2dB左右。在雷达系统中具有很好的应用价值。
A high gain beam scanning antenna based on composite left and right hand transmission lines
【技术实现步骤摘要】
一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线
本专利技术属于天线
，具体涉及一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，基于CRLH-TL(复合左右手材料传输线)单元结构和加载人工电磁结构形成高增益、宽波束扫描范围的波束扫描天线。
技术介绍
漏波天线(LWAs)以其低轮廓、窄波束、简单馈线和固有的波束扫描能力而越来越受欢迎。周期结构的漏波天线能够辐射高次空间谐波的电磁功率并且具有一系列优点如低损耗、灵活的辐射的特征等，然而，由于开口阻带的限制，在不造成明显增益损失的情况下，实现LWA的侧向辐射是一个挑战，目前，采用人工电磁结构的研究很多，基本上是将其加载在天线辐射片上方以实现对辐射波瓣的聚束作用，从而提高天线主辐射方向的增益，然而此类天线往往破坏了天线的低剖面特性，同时得到的天线带宽也比较窄，从而影响其性能，有必要去研究一种方案来解决此种缺陷。
技术实现思路
鉴于上述提出的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种宽频带、高增益、宽波束扫描范围的漏波天线设计思想，通过复合左右手传输线单元结构来实现天线的宽波束扫描范围、宽频带，通过加载人工电磁结构，实现其增益进一步的增高。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，该天线包括周期性漏波天线和人工电磁结构两部分，周期性漏波天线包括Rogers5880基板(1)以及分别设置在该基板(1)两面的第一线路层和第二线路层，所述第一线路层至少设置辐射贴片(2)和微带渐变馈电贴片，所述第二线路层至少设置地(5)，辐射贴片(2)和地(5)由通孔(3)连接；人工电磁结构包括FR4基板(7)以及设置在该基板上面的金属圆环阵列(8)。其中，该波束扫描天线还设置同轴馈线(6)，所述同轴馈线(6)用于对周期性漏波天线进行馈电；所述辐射贴片单元(12通过通孔(3)与地(5)进行相接，所述微带渐变贴片与辐射贴片相接，所述辐射贴片单元(2)、地(5)和通孔(3)形成复合左右手传输线单元；所述复合左右手传输线单元中，所述辐射贴片(2)产生串联左手电容CL与串联右手电感LR，通孔(3)电感效应作为并联左手电感LL，辐射贴片(2)和地(5)之间产生耦合电容作为并联右手电容CR。作为进一步的改进方案，所述周期性漏波天线由十个复合左右手传输线单元组成。作为进一步的改进方案，所述复合左右手传输线单元由辐射贴片、地和通孔组成，其中通孔个数为5个，为梅花状。作为进一步的改进方案，所述人工电磁结构由FR4基板以及设置在该基板上面的金属圆环阵列组成，其中金属圆环个数为108个。作为进一步的改进方案，所述复合左右手传输线结构达到平衡时，作为进一步的改进方案，所述同轴馈线(6)的阻抗值为50欧姆。作为进一步的改进方案，所述同轴馈线(6)的外部使用绝缘体进行绝缘，其底部采用镀头进行封闭。作为进一步的改进方案，所述周期性漏波天线部分采用Rogers5880基板，人工电磁结构部分采用FR4基板。作为进一步的改进方案，所述Rogers5880基板(1)的体积为171.7*30*2mm3，FR4基板(7)的体积为171.7*30*2mm3，所述地(5)的面积为171.7*30mm2，所述辐射贴片单元(2)的面积为14.5*13.7mm2。作为进一步的改进方案，所述通孔(3)的半径为0.45mm，每个通孔间距为1.5mm，所述同轴馈线(6)的馈电探针半径为0.65mm，所述同轴馈线(6)的半径为2.05mm。作为进一步的改进方案，所述串联左手电容CL＝1.9pF，所述串联右手电感LR＝1.51nH，所述并联左手电感LL＝0.52nH，所述并联右手电容CR＝0.65pF。与现有技术相比较，本专利技术通过加载辐射贴片、通孔、地构成复合左右手传输线单元，利用此种结构，在不影响或提高天线性能的情况下，实现整体结构的简化，易于制作，同时实现了波束扫描范围为-60～+60，此波束扫描范围比先前已有设计都要更宽；通过加载人工电磁结构，在不影响或提高波束扫描范围的情况下，使得本专利技术在整个频段内的最大增益达12.47dBi，相较于同类天线，增益有明显提升。附图说明图1是本专利技术一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线的总体结构图。图2是本专利技术复合左右手结构单元示意图。图3是本专利技术复合左右手传输线单元的等效电路图。图4是本专利技术复合左右手传输线单元的色散曲线图。图5是本专利技术一种优选实施方式中回波损耗s11参数示意图。图6是本专利技术一种优选实施方式中天线波束扫描曲线图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的技术方案作进一步说明。参见图1-2，所示为本专利技术公开了一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线的结构框图，该天线包括周期性漏波天线和人工电磁结构两部分，周期性漏波天线包括Rogers5880基板(1)以及分别设置在该基板两面的第一线路层和第二线路层，所述第一线路层至少设置辐射贴片(2)和微带渐变馈电贴片(4)，所述第二线路层至少设置地(5)，辐射贴片(2)和地由通孔(3)连接；人工电磁结构包括FR4基板(7)以及设置在该基板上面的金属圆环阵列(8)；该波束扫描天线还设置同轴馈线(6)，所述同轴馈线(6)用于对周期性漏波天线进行馈电；所述辐射贴片单元(2)通过通孔(3)与地(5)进行相接，所述微带渐变贴片与辐射贴片相接，所述辐射贴片单元(2)、地和通孔(3)形成复合左右手传输线单元。参见图3，所示为，其中复合左右手传输线单元的等效电路图，辐射贴片(2)产生串联左手电容CL与串联右手电感LR，通孔(3)电感效应作为并联左手电感LL，辐射贴片(2)和地(5)之间产生耦合电容作为并联右手电容CR。如图3，分析复合左右手传输线结构单元的等效电路图，电压正极输入端与左手电容串联，然后与右手电感串联，接着与右手电容并联，再与左手电感并联，再与右手电感串联，与左手电容串联，最后从电压输出端输出。以下再详述本专利技术的技术原理：如图3所示，对于均匀无耗传输线，其相位常数为：式中S(ω)为符号函数：其中串、并联谐振频率下面根据不同频率段对复合左右手传输线的相位常数进行讨论：当ω＞ωΓ2时，此时复合左右手传输线表现为右手传输线特性。当ω＜ωΓ2时此时复合左右手传输线表现为左手传输特性。当ωΓ1＜ω＜ωΓ2时，此时复合左右手传输线处于一种频带间隙模式，为复合左右手传输线独有的特性，以上所述都为非平衡情况，考虑其中一种特殊情况，即当ωse＝ωsh时，这种情况称为平衡情况，此时从以上可以看出对于复合左右手传输线来说，因为其相移常数可以为负值，所以复合左右手传输线的基模位于快波区，因此工作在基模状态的复合左右手传输线，其能量可以泄露出去，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，该天线包括周期性漏波天线和人工电磁结构两部分，周期性漏波天线包括Rogers5880基板(1)以及分别设置在该基板两面的第一线路层和第二线路层，所述第一线路层至少设置辐射贴片(2)和微带渐变馈电贴片(4)，所述第二线路层至少设置地(5)，辐射贴片和地由通孔连接；人工电磁结构包括FR4基板(7)以及设置在该基板上面的金属圆环阵列(8)；其中，/n该波束扫描天线还设置同轴馈线(6)，所述同轴馈线(6)用于对周期性漏波天线进行馈电；/n所述辐射贴片单元(2)通过通孔(3)与地(5)进行相接，所述微带渐变贴片(4)与辐射贴片单元(2)相接，所述辐射贴片单元(2)、地(5)和通孔(3)形成复合左右手传输线单元；/n所述复合左右手传输线单元中，所述辐射贴片(2)产生串联左手电容C
【技术特征摘要】
1.一种基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，该天线包括周期性漏波天线和人工电磁结构两部分，周期性漏波天线包括Rogers5880基板(1)以及分别设置在该基板两面的第一线路层和第二线路层，所述第一线路层至少设置辐射贴片(2)和微带渐变馈电贴片(4)，所述第二线路层至少设置地(5)，辐射贴片和地由通孔连接；人工电磁结构包括FR4基板(7)以及设置在该基板上面的金属圆环阵列(8)；其中，
该波束扫描天线还设置同轴馈线(6)，所述同轴馈线(6)用于对周期性漏波天线进行馈电；
所述辐射贴片单元(2)通过通孔(3)与地(5)进行相接，所述微带渐变贴片(4)与辐射贴片单元(2)相接，所述辐射贴片单元(2)、地(5)和通孔(3)形成复合左右手传输线单元；
所述复合左右手传输线单元中，所述辐射贴片(2)产生串联左手电容CL与串联右手电感LR，通孔(3)的电感效应作为并联左手电感LL，矩辐射贴片(2)和地(5)之间产生耦合电容作为并联右手电容CR。
2.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，所述周期性漏波天线由十个复合左右手传输线单元组成。
3.根据权利要求1或2所述的基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，所述复合左右手传输线单元由辐射贴片、地和通孔组成，其中通孔个数为5个，为梅花状。
4.根据权利要求1或2所述的基于复合左右手传输线的高增益波束扫描天线，其特征在于，所述人工电磁结构由FR4基板以及设置在该基板上面的金属圆环阵列组成，其中金属圆环个数为108个。
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【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，周伟伟，刘国华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学富阳电子信息研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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