[发明专利]基于双重调控方式的液晶定频扫描漏波天线

说明书

技术领域

本发明涉及液晶定频扫描漏波天线。

背景技术

漏波天线作为一种传统的电控扫描天线由于具有很高的辐射效率而受到广泛青睐。在微波以及毫米波波段，漏波天线都能发挥良好的作用。但是漏波天线只能通过改变工作频率来实现方向图扫描，无法实现在某个固定频率下的方向图扫描，从而限制了漏波天线的应用范围。

在现代通信系统中，天线方向图的定频扫描能力非常重要，可以使系统构成得到大大简化。因此，近年来，人们热衷于使漏波天线具备定频扫描能力，从而使现有电控扫描天线的辐射效率水平得以提高。目前有两类方法可以实现漏波天线的定频扫描。

第一类方法是在漏波天线中周期性加载电控元件(比如PIN二极管或者变容二极管)来实现漏波天线的定频扫描。PIN二极管在厘米波段具有良好的隔离度以及导通特性，因此在可重构天线领域成为最为常用的器件之一。对于只需要开关两种状态的环境，PIN二极管具有很高的性价比。变容二极管作为压控电器元件，具有连续调节的能力，从而能够实现物理参数的连续调节。但是基于上述电控元件的定频扫描漏波天线会受元件封装参数的影响而只能工作在较低频率上，随着频率漏波天线的特性急剧恶化。另外，MEMS射频电容也曾被引入到定频扫描漏波天线的设计中。这种基于MEMS射频电容的漏波天线虽然可以工作在较高频率，但是由于其本质为机械结构，因此机械疲劳成为阻碍其广泛应用的障碍。

液晶材料这种电控材料在微波段的引入解决了这些问题，其电控特性原理源自材料本身的分子指向偏移，因此其在微波，太赫兹甚至光频都具有良好的物理特性。但是液晶材料由于其特殊的物质状态而不易加工，因此良好的电控机构成为可调天线设计中至关重要的部分，但是在这一方面理论与技术的成熟度不高，相应的设计方法也十分欠缺。

由于天线本身的辐射和传输参数不止一个，当考虑天线多参数协变时，某些参数的变化依赖多个变量的共同作用，此时需要动态的增加设计自由度，即采用多重调控手段同时实现天线的多个电磁特性。

发明内容

本发明是为了实现天线波束的定频扫描，从而提供一种基于双重调控方式的液晶定频扫描漏波天线。

基于双重调控方式的液晶定频扫描漏波天线，它包括微带带条1、金属地板6、介质板9和N个周期结构单元2；N为正整数；

所述微带带条1固定在介质板9的上表面；

每个周期结构单元2均包括金属盖板3、矩形金属片5、两个金属柱4和M个金属带条7，M为正整数；

M个金属带条7等间距固定在介质板9的上表面；

金属盖板3位于M个金属带条7的上方，所述金属盖板3与M个金属带条7之间填充有液晶材料8；

矩形金属片5固定在介质板9的下表面，在垂直位置上位于两个结构单元2之间；

所述金属地板6位于微带带条1的下方，所述矩形金属片5位于金属地板6和微带带条1之间，所述金属地板6和微带带条1之间填充有液晶材料8；

每个周期结构单元2对应介质板9区域上均开有两个通孔，所述两个金属柱4分别嵌入在该通孔中，所述每个金属柱4的一端均与微带带条1的下表面连接，所述每个金属柱4的另一端均与矩形金属片5的上表面连接；

N个周期结构单元2之间间距相等。

该天线在沿z方向馈电。

每个周期结构单元2的等效电路均包括：电容C_LS、电容C_CP、电感L_LS、电感L_RS、电感L_LP和电容C_RP；

所述电容C_LS的一端是周期结构单元2的一个接线端，所述电容C_LS的另一端与电感L_LS的一端连接，所述电感L_LS的另一端与电感L_RS的一端连接，所述电感L_RS的另一端同时与电感L_LP的一端和电容C_RP的一端连接；

所述电感L_LP的另一端与电容C_CP的一端连接；所述电容C_CP的另一端与电容C_RP的另一端连接，并作为周期结构单元2的另一个接线端。

在将液晶材料加载在天线中时，液晶材料的具体加载形式为：