[发明专利]波束可电子转向低旁瓣复合左右手（CRLH）超材料阵列天线

说明书

一种高增益、低旁瓣、波束可转向天线，包括液晶加载复合左右手(CRLH)超材料阵列。该超材料阵列包括一对第一行和第二行单位单元，以沿第一轴传播辐射方向图。一行可以在左手模式下工作，另一行可以在右手模式下工作。超材料阵列中的每个单位单元包括液晶体和至少一个隔离接地贴片。隔离接地贴片是能够产生电位差以调节液晶的介电值的虚拟接地连接。第一行和第二行沿第一轴端到端定向并彼此间隔第一距离。该天线包括相位可变液晶加载透镜，该透镜可控地沿与第一轴正交的第二轴相位可变。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月19日提交的发明名称为“波束可电子转向低旁瓣复合左右手(CRLH)超材料阵列天线”、申请号为16/040,137的美国专利申请的优先权，其内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及阵列天线。更具体地，本发明涉及包含复合左右手(composite right-left-handed，CRLH)超材料的阵列天线。

背景技术

漏波天线由波导结构组成，该波导结构允许沿着引导结构的长度进行低电平连续射频(radio frequency，RF)辐射，该漏波天线应用于包括诸如5G网络和卫星通信等通信应用的诸多应用中。为了确保辐射指向固定方向，典型的漏波天线要求在给定频率下将沿结构的辐射场的传播系数保持恒定。因此，典型的漏波天线具有均匀口径(aperture)的几何结构。这种配置导致振幅从馈电点沿天线口径呈自然指数衰减。非对称的振幅衰减(amplitude tapering)的场通常会导致此类天线的辐射方向图中的旁瓣性能较差。此外，典型的漏波天线仅允许以固定频率进行角扫描，并且由于天线固有的正传播常数，所以只能在大约一半的可用空间(例如，小于90度)内进行扫描。

超材料(metamaterial，MTM)是人工结构，其特性与天然的右手材料不同。超材料可以被制造为在左手模式和/或右手模式下进行工作。这种材料称为复合左右手(CRLH)超材料。可以使用传统的介电材料和导电材料对CRLH超材料进行设计，以产生独特的电磁特性。

可以在诸如传统印刷电路板(printed circuit board，PCB)或柔性PCB的各种基板或电路平台上制造CRLH超材料部件，从而提供一种易于制造、价格低廉的解决方案。基板可包括接地面或具有截短的或图案化的一个或多个接地部分的表面。包括CRLH超材料在内的超材料可用于构建包括漏波天线的天线，其可以避免传统天线的诸如旁瓣性能差以及波束不能波束可电子转向等诸多缺点。

发明内容

本公开描述了一种切实可行的均匀漏波天线装置。更具体地说，在各种示例中，本公开描述了一种二维(two-dimensional，2D)可电子转向毫米波漏波天线，其结合了多种液晶加载CRLH超材料，并且能够以多个频率以及以固定频率进行全空间波束转向。通过利用CRLH超材料阵列的左右手特性，本公开各个示例中的天线可以在整个空间(+/-90度)上扫描并产生口径场(aperture field)，该口径场产生具有较低旁瓣的辐射方向图，而无需非均匀的漏波天线结构。

在一些方面，本公开描述了包括第一基板、第二基板、以及设置在第一基板和第二基板之间的复合左右手(CRLH)超材料阵列的天线。该超材料阵列包括至少一对第一行和第二行单位单元(unit cell)。该第一行和第二行单位单元中的一行可控地在左手模式下工作，并且该第一行和第二行单位单元中的另一行可控地在右手模式下工作。该至少一对第一行和第二行单位单元用于沿第一轴传播辐射方向图。每个单位单元包括具有可控的介电值的液晶体以及与第一基板和第二基板电隔离的至少一个隔离接地贴片。该至少一个隔离接地贴片用作虚地连接，该虚地连接可产生用于调节液晶体的介电值的电势差。第一行和第二行单位单元沿第一轴端对端定向并彼此间隔第一距离。该天线还包括设置在CRLH超材料阵列上的相位可变液晶加载透镜。该透镜可控地沿与第一轴正交的至少第二轴相位可变。

在任一前述方面/实施例中，第一基板或第二基板可以包括天线的接地面，上述至少一个隔离接地贴片与接地面电隔离。