[发明专利]一种基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线及其实现方法

权利要求书

1.一种基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线，其特征在于，所述基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线包括：N个辐射单元和馈电结构；其中，每一个辐射单元包括金属地板、液晶、绝缘薄膜、辐射贴片、单元介质基板和金属通孔；最底层为金属地板；液晶为各向异性的材料，液晶分子的旋转角度影响液晶材料的介电常数，在液晶的侧面包裹绝缘薄膜，露出液晶的上下表面；液晶放置在金属地板上，液晶的下表面紧贴金属地板；液晶的上表面设置辐射贴片；在辐射贴片上设置单元介质基板，单元介质基板的下表面与辐射贴片的上表面紧密贴合；在单元介质基板上开设有垂直于单元介质基板的金属通孔，金属通孔的位置正对着辐射贴片的中心；金属地板和金属通孔分别通过导线连接至外部的直流电压源，使得金属地板与辐射贴片之间产生电势差，从而控制液晶分子的旋转角度，从而通过电压独立控制每个辐射单元中液晶材料的介电常数；金属地板、液晶和单元介质基板的平面尺寸均相同，也就是辐射单元的平面尺寸，为亚波长尺寸；N个辐射单元的结构相同，平面尺寸均一致，即具有相同的长和宽；N个辐射单元沿着宽度方向一维排列；在一维排列的N个辐射单元的两端分别设置馈电结构；两侧的馈电结构以N个辐射单元的中点所在平面构成镜面对称；

电磁波从一端的馈电结构入射，馈电结构将电磁波转化为表面波传输模式的电磁波，馈入N个辐射单元；表面波沿着N个辐射单元的一维排列方向输入至N个辐射单元；根据周期结构弗洛奎特定理，当N个辐射单元的表面阻抗沿表面波传输方向上周期排列时，N个辐射单元除了支持非辐射的表面波的传输以外，还有辐射的n次谐波的传输，n次谐波的波矢与N个辐射单元的表面阻抗分布的周期有关；当n次谐波的波矢的绝对值小于自由空间波矢绝对值时，电磁波将以辐射的形式向 自由空间传播，辐射角度与n次谐波的波矢有关，因此通过调控表面阻抗分布的周期来控制辐射角度，实现通过控制表面阻抗分布的周期获得大范围的波束扫描；并且，辐射单元的表面阻抗随着加载在液晶上下侧的电压的增大而增大，因此通过独立控制加载在每个辐射单元上的电压来控制N个辐射单元的表面阻抗分布的周期，由此实现了电压控制下的定频波束扫描。

2.如权利要求1所述的基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线，其特征在于，所述绝缘薄膜的材料采用聚乙烯、聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯。

3.如权利要求1所述的基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线，其特征在于，所述辐射贴片的形状为表面等离激元结构。

4.如权利要求1所述的基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线，其特征在于，所述单元介质基板的材料采用介电损耗低的介质基板材料。

5.如权利要求1所述的基于液晶调谐的宽扫描范围漏波天线，其特征在于，与辐射单元的每一层相对应，馈电装置包括：馈电地板、下层介质基板、功能层和上层介质基板；其中，与金属地板相对应，最底层为馈电地板，馈电地板与辐射单元的金属地板连接为一体；与液晶相对应，在馈电地板上放置下层介质基板；在下层介质基板上设置功能层，功能层包括连接为一体的金属条带和刻有多个距离相等的矩形槽的金属条带，矩形槽的深度向辐射单元方向不断加深，宽度与金属条带一致；金属条带位于外端，刻有多个距离相等的矩形槽的金属条带位于辐射单元一端；与单元介质基板相对应，在微带线上设置上层介质基板；馈电地板、下层介质基板、金属条带和上层介质基板构成微带线；馈电地板、下层介质基板、刻有多个距离相等的矩形槽的金属条带和上层介质基板构成微带渐变线；通过微带渐变线将微带线上的导波模式转化为辐射单元上支持的表面波模式。