[发明专利]一种基于负折射材料实现波束方向过零扫描的平面漏波天线

说明书

本发明涉及一种基于负折射材料实现波束方向过零扫描的平面漏波天线，属于微波天线工程技术领域，可以广泛应用到现代卫星通信动中通以及雷达系统中。本发明中的漏波天线利用波在负折射材料中传播时的后向波特性，可实现在一定频率范围内，天线辐射主瓣方向随频率改变而变化，实现由后向‑过零‑前向的连续平滑扫描。除此之外，该天线还具有辐射效率高、结构简单、便于加工和价格低廉等优点，在卫星通信动中通、雷达等领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于负折射材料实现波束方向过零扫描的平面漏波天线，属于微波天线工程技术领域，可以广泛应用到现代卫星通信动中通以及雷达系统中。

背景技术

漏波天线最早由W.W.Hansen于上个世纪40年代提出，因具有优良的波束扫描特性，一直是天线领域研究的热点。最初的漏波天线是在矩形波导上开一条长缝，其实质是波导结构上传播的电磁波为快波时向空间辐射部分电磁波的现象。近些年，漏波天线的研究得到飞速发展，特别是平面漏波天线得到了广泛研究，因为平面漏波天线可以直接加工在印刷电路板(PCB)上，具有低剖面、易加工、结构简单、馈电容易、高方向性等优点，以及波束扫描特性。因此，漏波天线在微波和微波以上的频段得到广泛的关注，特别是在需要波束扫描的场合，漏波天线具有无可比拟的优势，拥有良好的发展前景。

漏波天线辐射示意图如图1和图2所示，电磁波在沿天线方向传播的过程中，逐渐向自由空间泄露。现假设电磁波沿z方向传播，在漏波口面(y＝0)处，电场表达式为

其中E₀为电场幅度，k_z为沿波导z方向的复传播常数，有

k_z＝β_z-jα_z

式中，β_z为沿z方向的相位常数，α_z为沿着z方向的衰减常数。则漏波天线中电场为

其中为沿y方向的波数。图中，自由空间中的波数

由图1和上述公式可知，若相位常数β>k₀，则天线中传播慢波，k_y为虚数，电磁波沿y方向衰减，无法形成空间波辐射；若相位常数β<k₀，则天线中传播快波，k_y为实数，电磁波可沿y方向不断向外辐射，实现漏波辐射。这就是漏波天线的快慢波辐射机制。

复传播常数k_z包括漏波结构的两个基本参数，波导内电磁波的相位常数β决定了主波束的辐射角

θ_MB＝arcsin(β/k₀)

漏波天线的波束扫描特性指的是当馈入天线的电磁波频率的变化时，天线中电磁波的相位常数β会随着变化，这时天线主瓣波束方向也会变化的特性，这又称为漏波天线的频率扫描特性。传统漏波天线中传播的电磁波相位常数β只能是正值，根据辐射角公式，波束只能在电磁波传播方向的前向进行扫描，这意味着传统漏波天线波束最大只能在0-90°之间进行扫描，而无法实现由前向到后向的过零扫描，这极大地限制了漏波天线的应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于负折射材料实现波束方向过零扫描的平面漏波天线。

本发明的技术解决方案是：

一种基于负折射材料实现波束方向过零扫描的平面漏波天线，该平面漏波天线为一长方形平板，长方形平板的下表面镀有一层铜层，下表面镀有的铜层称为底层，长方形平板的上表面镀有一层铜层，上表面镀有的铜层称为顶层；

所述的顶层上通过印制电路板开有N个漏波单元，每个漏波单元包括短截线、横缝、纵缝和梳状结构；相邻的两个漏波单元中心对称；