[发明专利]基于复合左右手超材料结构的频率扫描漏波天线

说明书

本发明公开了一种复合左右手超材料结构频率扫描漏波天线，本发明由介质基板、顶部金属面板、底部金属面板及金属管构成；本发明采用复合左右手超材料单元结构，基于复合左右手超材料设计原理，在顶部金属面板设置开槽、顶部与底部金属面板通过金属管连接，作为辐射单元。由于顶部金属面板的开槽和顶部与底部金属面板之间的金属管能构成“左手性材料”，而顶部金属面板和底部金属面板能构成“右手性材料”，因此能产生从负方向到正方形扫描的波束；底部金属面板为一块金属接地板。通过调整顶部开槽和金属管的大小，能够克服漏波天线的禁带效应，与传统频率扫描天线相比，本发明具有结构简单、带宽窄、扫描角度大等特点。

技术领域

本发明涉及微波、无线通信与测试仿真技术领域，具体是一种基于复合左右手超材料的频率扫描漏波天线。

背景技术

漏波天线是一种电磁波在波导中行进的同时，辐射一部分电磁波能量的行波天线结构；其具有结构简单，频率扫描，成本低，方向性优异等特点；在雷达，航空航天等领域得到了非常广泛的应用。实现漏波天线的技术可以概括地分为以下四类：均匀、准均匀、周期、和复合左右手超材料漏波天线。传统的漏波天线大都为周期性波导开槽的漏波天线，其原理是激发高次谐波进行辐射，但该类漏波天线存在扫描角度窄，带宽大，具有禁带效应，无法实现垂直扫描等问题，因此设计扫描角度大，窄带宽，克服禁带效应等仍然是漏波天线的研究重点。

提高漏波天线波束扫描范围最直接的方法是增大扫描频率范围，但这样会带来相对带宽的增加，占用过多的频谱资源。此外，传统的漏波天线通常需要设计较为复杂的结构来克服禁带效应，但这样会带来设计困难，结构复杂，加工难度大，成本增加等问题。应用复合左右手超材料技术，不但能够使漏波天线结构简单，而且能够克服禁带效应和无法垂直扫描等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于复合左右手超材料的频率扫描漏波天线，本发明由介质基板、顶部金属面板、底部金属面板及金属管构成；本发明基于复合左右手超材料基本原理，在顶部金属面板设置槽缝和从顶部金属面板起垂直贯穿介质基板并止于底部金属面板的金属管构成“左手性超材料”，顶部金属板、介质基板、底部金属板结构构成传统“右手性材料”，使得整个结构符合复合左右手超材料特性；底部金属面板为金属接地板；本发明采用复合左右手超材料结构，不仅能抑制禁带效应，而且还能有效地分别调控扫描角度与带宽，相比传统的漏波天线，具有结构简单，扫描角度大，带宽窄等特点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于复合左右手超材料结构的频率扫描漏波天线，其特征在于，它包括介质基板、顶部金属面板、底部金属面板及金属管；

所述介质基板、顶部金属面板及底部金属面板设于同一直角坐标系内；

所述介质基板为长方形的罗杰斯板Rogers RO4003C，过板面的中心O设有直角坐标系，沿板面长度方向设有X轴，沿板面宽度方向设有Y轴，板面由直角坐标分为四个象限；

所述顶部金属面板为长方形，其长度与介质基板的长度相等，宽度为介质基板宽度的三分之一；顶部金属面板贴合在介质基板的正面与介质基板上直角坐标系的四个象限重合，且顶部金属面板沿X轴方向的对称轴位于介质基板的X轴上；

所述底部金属面板为长方形，其长度及宽度均与介质基板相等；底部金属面板贴合在介质基板的背面与介质基板上直角坐标系的四个象限重合；

所述介质基板、顶部金属面板及底部金属面板沿Y轴的两侧且平行X轴对称设有两排圆孔，所述介质基板、顶部金属面板及底部金属面板上的圆孔分别一一对应；

所述金属管为数件，金属管穿过介质基板的圆孔，金属管的两端分别与顶部金属面板的圆孔及底部金属面板的圆孔连接。

所述顶部金属面板呈周期性结构；沿X轴周期性地开出平行Y轴的长槽缝，两个长槽缝之间的区域(含长槽缝)构成一个辐射单元；顶部金属面板沿X轴的两端对称裁剪出矩形的微带馈线及阻抗匹配微带线；