[发明专利]利用次波长谐振结构单元构成的全向电扫天线罩

说明书

技术领域

本发明涉及一种全向电扫天线罩，特别是涉及一种利用次波长谐振结构单元构成的全向电扫天线罩。

背景技术

近年来，电控波束可调天线(即智能天线)技术得到了充分的发展，在雷达系统以及移动通信方面都有广阔的应用前景。特别是随着我国深空探测技术的发展，星载数传天线的传输距离越来越遥远，传输数据量越来越大，而深空探测器没有固定的对地面，因此需要采用高增益的移动波束天线来实现对地数据传输。

1979年，Menzel指出了可以利用微带天线在高阶模时的泄漏特性制造天线。微带漏波天线工作于第一高阶模，形成空间漏波辐射，其主波束方向依赖于工作频率，具有电控频扫特性。微带漏波天线以其低剖面，易于匹配的特点适宜于集成化生产，特别是微带漏波天线的波束电控频扫特性，使其具有成为可应用于移动通信系统的新型智能天线的潜力。微带漏波天线的频扫特性在于当工作频率改变时，微带天线的电长度也随之改变，从而使微带天线上各点相位发生变化，形成的主波束方向偏移。但是，对于个人通信而言，工作频率一般是固定的，无法利用微带漏波天线的电控频扫特性。最近几年，开始有研究探讨如何在个人通信上应用微带漏波天线。有人通过在微带漏波天线上加载电容性元件实现了微带漏波天线的频率固定下波束可调；也有人则提出了运用阵列天线原理实现微带漏波天线的二维扫描，可惜主波束的方向仍由工作频率控制；另外也曾提出了使用移相器控制微带漏波天线馈电端口间相位差，从而控制微带漏波天线主波束偏移的微带漏波天线结构，但此结构的馈电部分还略嫌复杂，而且主波束偏移的范围不大。

目前用以实现高增益的移动波束天线的方案主要有两种：一种是机械扫描，另一种是相控扫描。采用机械扫描的数传天线多为带双轴驱动机构的抛物面天线，抛物面在高温环境下会产生形变，导致天线电性能恶化；剧烈变化的温差也会降低双轴驱动机构的可靠性。

而相控阵天线，就是由许多辐射单元排成阵列形式构成的走向天线，各单元之间的辐射能量和相位关是可以控制的。典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，即电子扫描，简称电扫。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵，在二维平面上排列很多辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上．这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点，能以一部天线实现全空间电扫。但是相控阵天线造价贵，典型的相控阵雷达比一般雷达的造价要高出若干倍，不能广泛应用到各个领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用次波长谐振结构单元构成的全向电扫天线罩，利用电磁波在次波长谐振结构的同时发生电谐振和磁谐振的效应，通过外加开关二极管的方式引入两种工作状态。在电路短路状态时，次波长谐振结构的电谐振和磁谐振同时发生，使得次波长谐振结构的等效相对介电常数和相对磁导率相等，从而实现完美匹配的通带，而当电路断路时，次波长谐振结构只发生电谐振，使得次波长谐振结构的等效参数实现单负特性，从而实现完美反射的禁带。将很多个单元周期排列成天线罩，使每个单元均可单独控制为通带或禁带实现等效的任意形状的小孔、缝隙天线，从而产生所需形状的天线辐射图，改变每个单元的偏置电压，即可实现全向扫描。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

每个次波长谐振单元由三层组成，呈正方形结构，在中间层Rogers电路板下面正中间镀有一层十字形金属铜片，十字形金属铜片的四个端口与Rogers电路板边界齐平，在中间层Rogers电路板上面镀有一层开缝十字形金属铜片，开缝十字形金属铜片的四个端口与Rogers电路板边界留有间隙，开缝十字形金属铜片的缝隙45度角倾斜将十字形分成中心对称的两瓣，缝隙的两边分别与开关二极管的两个接口相连，由开关二极管的导通与截止引入电路短路与断路两种工作状态，并由外加偏置电压控制开关二极管的导通或者截止，次波长谐振结构单元沿上下左右方向周期延拓，至少由36个次波长谐振结构单元组成。

所述的次波长谐振结构单元的长度小于1/4工作波长。

所述的每个单元上的开关二极管均由独立的偏置电压控制其导通或者截止。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1）设计结构简单，厚度薄（只需2mm），质量轻。只加一层简单的次波长谐振结构即可实现，所用材料均为常见材料。