[发明专利]基于人工表面等离激元水平全向频率扫描天线

说明书

本发明提出了一种基于人工表面等离激元的水平全向频率扫描天线，旨在实现天线的水平全向波束扫描辐射特性，包括介质板、馈电单元、模式转换单元、高频辐射单元和低频辐射单元；馈电单元包括印制在介质板上下表面的金属导带和地板；模式转换单元包括印制在介质板上下表面的渐变金属导带和地板；高频辐射单元包括印制在介质板上下表面的旋转对称的人工表面等离激元，人工表面等离激元采用两侧边蚀刻周期性排布且相互交错的n个等宽矩形槽的微带结构，每个侧边蚀刻的槽深从中点到两端逐渐减小；低频辐射单元包括介质板上下表面分别印制的渐变微带线。本发明实现了频率扫描天线的水平全向波束扫描，易于实现平面化集成，可用于雷达等无线通信系统中。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种频率扫描天线，具体涉及一种基于人工表面等离激元水平全向频率扫描天线，可用于雷达卫星等无线通信系统。

背景技术

小型化、宽带化是天线恒定不变的指标，如今大量的场合需要天线拥有波束扫描功能。波束扫描有电控扫描和机械扫描两种方式，传统的机械扫描需要天线本体运动，而天线速度慢，结构复杂且体积较大，已经远远无法满足雷达探测和卫星通信等无线通信领域要求快速波束扫描的需求。而电控扫描天线波束不需要天线本体运动，通过改变馈电相位即可改变辐射特性，指向灵活、迅速、数据率高、波束扫描时间短，并可同时实现识别、搜索、跟踪、无源探测和制导等多种功能，缺点是结构复杂且成本高。

作为电控扫描天线的一种，频率扫描天线是波束指向角随工作频率的改变而有规律地大范围改变的天线，简称频扫天线。频率扫描天线具有增益高、低副瓣、宽角扫描、成本低、结构简单等优点。近年来被广泛应用于低空搜索雷达、地面警戒雷达、卫星通信等领域。现有的单频段频率扫描天线大致分为漏波天线和频率扫描阵列天线两种形式。漏波天线主要以波导隙缝的形式实现，其结构简单、效率高，但是体积较大，加工精度要求较高，并且扫描角度受到限制，通常无法实现大角度扫描。频率扫描阵列天线能够实现较大的波束扫描，但对馈电网络设计要求高，且体积较大，带宽窄。表面等离激元(简称SPPs)天线是一种新兴的频率扫描天线，因其结构特点产生的开阻带效应，可以产生处于低频和高频的两个工作频段，这种天线结构简单，效率高，带宽大，但其设计难度大，设计周期长。

例如，申请公布号为，CN110071364A，名称为“一种双频段频率扫描天线”的专利申请，公开了一种双频段频率扫描天线，包括介质基板、两个馈电结构、两个模式转换结构和辐射结构，一个馈电结构、一个模式转换结构、辐射结构、另一个馈电结构和另一个模式转换结构依次设置于介质基板上、且相互电性连通，两个模式转换结构沿介质基板的第一中心线对称设置，两个馈电结构沿介质基板的第一中心线对称设置。该天线通过。该天线的辐射结构中的人工表面等离激元可以辐射高频能量和传输低频能量，并对圆形辐射贴片进行耦合侧馈，圆形贴片耦合低频能量并以圆形微带模式工作，将低频能量辐射到空间中，从而实现了天线的两个工作频段。该天线工作在2.8-7.3GHz和13.7-27.4GHz两个频段范围内，并且在两个工作频段内均能够独立实现大范围的波束扫描，在低频随频率变化天线的波束指向从-21.5°偏转至43.1°，实现了64.6°的波束偏转角，在低频随频率变化天线的波束指向从-47.3°偏转至22.5°，实现了69.8°的波束偏转角，波束总扫描范围为180.8°。该天线虽然实现了平面化设计，且实现大范围波束扫描，但由人工表面等离激元的辐射特点，只能实现人工表面等离激元两侧的波束扫描范围覆盖，不能实现馈电端和匹配负载侧的波束扫描范围覆盖，且天线需要安装造价昂贵的毫米波匹配负载，不利于平面化集成。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于人工表面等离激元双频段水平全向频率扫描天线，旨在实现天线的水平全向波束扫描辐射特性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于人工表面等离激元水平全向频率扫描天线，包括介质板1以及介质板上层刻蚀的馈电单元2、模式转换单元3、高频辐射单元4和低频辐射单元5；