一种周期漏波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种周期漏波天线，所述漏波天线包括上层金属片、介质基板和下层金属地板，三者形成一体化的长方形板；所述上层金属片由N个相同的周期漏波单元沿直线级联而成，所述周期漏波单元包括一个长方形金属片及其下端连接两个开路的金属枝节，两个金属枝节的间隔为四分之一波导波长；在长方形金属片的上端开有周期排列的金属孔，该金属孔贯穿介质基板，形成金属通孔。本发明专利技术的天线能够完全消除阻带，扫描范围大、并且具有半开放的结构；选用金属枝节或者缝隙作为周期调制结构，具有结构简单，设计灵活的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种周期漏波天线
本专利技术涉及电磁微波天线领域，特别涉及一种周期漏波天线。
技术介绍
周期漏波天线是一种典型的频率扫描天线，其横截面沿波传播方向是周期调制的，正是这种周期性导致了能量泄漏，形成辐射。其波束指向能够随着频率的改变而改变，是一种结构简单的电扫描天线。对于传统的周期漏波天线，一般通过负的空间谐波(典型的空间谐波n＝－1)在后向和前向产生辐射，但是由于在传统周期结构中传播常数βn＝0对应着群速υg＝0，此时天线的电压驻波比很大，形成了阻带，能量都被反射回源，并没有被辐射出去，因此传统周期漏波天线也不能在边射方向进行辐射。近年来，许多文献提出了抑制周期漏波天线阻带的方法。一种方法是利用阻抗匹配技术，在每个周期漏波天线单元处使用四分之一阻抗变换器，使得周期漏波天线的Bloch阻抗与传输线在边射处的特性阻抗匹配，来抑制阻带(见参考文献[1]：S.Paulotto,P.Baccarelli,F.Frezza,andD.R.Jackson,“ANovelTechniqueforOpen-StopbandSuppressionin1-DPeriodicPrintedLeaky-WaveAntennas”,IEEETrans.AntennasPropag.,vol.57,no.7,pp.1894–1906,2009)。但这种方法会增大单元的长度，这就使得漏波天线的扫描范围受限，因为单元长度的增加使得主波束在扫描至一定的范围后天线方向图开始产生栅瓣。另一种方法是在单元处使用一对相同的枝节来减轻阻带的影响(见参考文献[2]：B.Kumar,R.Ranjan,andJ.Ghosh,"NovelPrintedLeaky-WaveAntennawithSuppressedOSBforBroadAngleScanning,"in2019TEQIPIIISponsoredInternationalConferenceonMicrowaveIntegratedCircuits,PhotonicsandWirelessNetworks(IMICPW),22-24May2019)。但是这种方法并不能完全消除阻带，因为衰减系数在边射处会产生骤降，传播常数随频率也并不是线性连续的。还有一种方法是在单元处采用了一对类似但不相同的缝隙，这种方法能消除阻带(见参考文献[3]：J.Liu,W.Zhou,andY.Long,"ASimpleTechniqueforOpen-StopbandSuppressioninPeriodicLeaky-WaveAntennasUsingTwoNonidenticalElementsPerUnitCell,"IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.66,no.6,pp.2741-2751,2018)，该设计利用基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide:SIW)在单元上蚀刻一对缝隙来构建周期漏波天线，通过缝隙间隔和尺寸的调节来消除阻带。但是这种设计不够灵活，由于采用了封闭的SIW结构，只能通过上表面蚀刻缝隙来构建漏波天线。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前周期漏波天线扫描范围受限、不能完全消除阻带以及设计不够灵活的缺点，提供了一种基于半模基片集成波导(HalfModeSubstrateIntegratedWaveguide:HMSIW)的周期漏波天线，该天线能够完全消除阻带，扫描范围大、并且具有半开放的结构，可以采用缝隙或者开路枝节来抑制阻带，具有结构简单、设计灵活的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供一种周期漏波天线，所述漏波天线包括上层金属片、介质基板和下层金属地板，三者形成一体化的长方形板结构；所述上层金属片由N个相同的周期漏波单元沿直线级联而成，所述周期漏波单元包括一个长方形金属片及其下端连接两个开路的金属枝节，两个金属枝节的间隔为四分之一波导波长；该间隔使得来自第二个枝节反射的回波与来自第一个枝节传输的电磁波相位相差180°，两者相消可以抑制高反射系数带来的阻带；在长方形金属片的上端开有周期排列的金属孔，该金属孔贯穿介质基板，形成金属通孔。作为上述装置的一种改进，所述周期漏波单元的个数N的取值范围为：N≥2。作为上述装置的一种改进，所述金属孔的中心到长方形金属片的下端的长度与天线的工作频率成反比。作为上述装置的一种改进，两个金属枝节的长度相等；金属枝节的长度与天线的工作频率成反比。作为上述装置的一种改进，两个金属枝节的宽度比介于0.7与1之间，阻带才能彻底消除。本专利技术的优点在于：1、本专利技术的周期漏波天线不需要在每个单元进行阻抗匹配，因此单元尺寸小，在大范围扫描时也不会出现栅瓣；2、本专利技术的天线可以灵活选用金属枝节或者缝隙作为周期调制结构，具有结构简单，设计灵活的优点；3、本专利技术的天线能够完全消除阻带，扫描范围大、并且具有半开放的结构，可以采用缝隙或者开路枝节来抑制阻带；4、本专利技术的周期漏波天线能够实现天线波束从后向到前向的连续扫描。附图说明图1为本专利技术的周期漏波天线实施例的单元示意图；图2为本专利技术的周期漏波天线单元色散示意图；图3为本专利技术的单元级联后的周期漏波天线示意图；图4为周期漏波天线的S参数；图5为周期漏波天线的增益方向图。具体实施方式在对本专利技术的实施方式做详细说明之前，首先对相关的原理进行说明。周期漏波天线因其横截面沿波传播方向是周期调制而产生了能量的泄漏辐射。由于周期性的原因，周期漏波天线产生的电磁波可以表示为无限数目的空间谐波的叠加：βn＝β0+2nπ/p(1)其中p为周期，β0为基本空间谐波。与均匀漏波天线最重要的不同是，均匀漏波天线的主模是快波，因此在天线结构对外开放时就可以辐射，而周期漏波天线的主模为慢波，即使天线结构对外开放，仍然不会辐射。因此需要引进周期阵列来产生无限的空间谐波，使得其中的单个或者一些谐波是快波，即可产生辐射。另一个与均匀漏波天线不同的是，周期漏波天线可以通过负的空间谐波(典型的空间谐波n＝－1)产生后向辐射(θMB<0°)，要使空间谐波辐射，需要其为快波，即βn/k0<1，对于式(1)，有：可以看出在n小于0且合适选取λ0/p时，βn/k0<1。实际应用中，只希望产生单一辐射波，因此一般选取n＝-1，此时有下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术提出了一种周期漏波天线，包括上层金属片、介质基板和下层金属地板，三者形成一体化的长方形板结构；所述上层金属片由N个相同的周期漏波单元沿直线级联而成(图1为3个单元直线级联，并不限定为3个)，每个周期漏波单元长度为p，周期漏波单元包括一个长方形金属片及其下端连接两个开路的金属枝节，两个金属枝节的间隔为四分之一波导波长；在长方形金属片的上端开有周期排列的金属孔，该金属孔贯穿介质基板，形成金属通孔，孔中心到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种周期漏波天线，其特征在于，所述漏波天线包括上层金属片、介质基板和下层金属地板，三者形成一体化的长方形板；所述上层金属片由N个相同的周期漏波单元沿直线级联而成，所述周期漏波单元包括一个长方形金属片及其下端连接两个开路的金属枝节，两个金属枝节的间隔为四分之一波导波长；在长方形金属片的上端开有周期排列的金属孔，该金属孔贯穿介质基板，形成金属通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种周期漏波天线，其特征在于，所述漏波天线包括上层金属片、介质基板和下层金属地板，三者形成一体化的长方形板；所述上层金属片由N个相同的周期漏波单元沿直线级联而成，所述周期漏波单元包括一个长方形金属片及其下端连接两个开路的金属枝节，两个金属枝节的间隔为四分之一波导波长；在长方形金属片的上端开有周期排列的金属孔，该金属孔贯穿介质基板，形成金属通孔。


2.根据权利要求1所述的周期漏波天线，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青山，赵晓雯，张云华，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11