定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线的制作方法

本发明涉及无线电领域，更具体地，涉及一种定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线。

背景技术：

微带天线是一种基于薄介质基片，利用腐蚀方法制成的金属贴片，具有容易制作、重量轻、集成方便、便于批量生产等的优点，可用于微波雷达传感器。而微带漏波天线是属于微带天线的一种，它相比于传统的微带天线，具有主波束指向性明显和主波束的指向性可随频率变化而发生扫描的两大优势点，可以应用在汽车的防撞雷达上。在实际生活中，还有许多天线应用的场合需要我们在固定的频率中进行数据传输，如通信基站和无线ap等，这使得微带漏波天线主波束随频率变化产生扫描的特性难以应用。这时候就需要提出一种可以在固定频率的条件下，主波束可以进行扫描的天线。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中的微带漏波天线主波束随频率变化产生扫描的特性难以应用的缺陷，涉及一种定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线，包括介质板、金属辐射体、金属地板、短路钉、贴片电容和馈电接头；其中所述金属辐射体连接在介质板的一侧，金属地板连接在介质板的另一侧；所述短路钉穿过介质板将金属地板与贴片电容的一端连接，贴片电容的另一端连接金属辐射体；所述馈电接头的一端穿过介质板，另一端与金属地板连接；所述金属辐射体、金属地板均为平面结构且紧贴介质板。

优选的是，所述金属辐射体和短路钉的尺寸、数量根据天线的性能及阻抗匹配要求确定，贴片电容的放置位置和电容值大小根据天线的波束扫描性能确定。

优选的是，所述介质板中的介质材质包括固体介质或空气介质。

优选的是，所述金属辐射体为交错周期性结构。

优选的是，所述均属辐射体为矩形交错周期性结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设计一种定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线，针对传统微带漏波天线的波束扫描特性限制，提供一种易加工、小型化、指向性和增益较好的定频波束扫描周期性微带漏波天线。它利用了交错周期性结构的漏波特性，天线的主波束可以进行从后向到前向扫描。增加短路钉和贴片电容，可以用来控制工作频段的偏移和定频波束扫描的范围。

附图说明

图1为本发明的正面透视图；

图2为本发明的背面透视图；

图3为本发明的正面示意图；

图4为本发明的背面示意图；

图5为本发明的天线的回波损耗曲线图；

图6为本发明的天线的辐射方向图，图6(a)为e面方向图，图6(b)为h面方向图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

定频波束扫描的电容加载周期性矩形交错微带漏波天线，请参考图1-4，包括介质板1、金属辐射体2、金属地板3、短路钉4、贴片电容5和馈电接头6；其中所述金属辐射体2连接在介质板1的一侧，金属地板3连接在介质板1的另一侧；所述短路钉4穿过介质板1将金属地板3与贴片电容5的一端连接，贴片电容5的另一端连接金属辐射体2；所述馈电接头6的一端穿过介质板1，另一端与金属地板3连接；所述金属辐射体2、金属地板3均为平面结构且紧贴介质板1。

本实施例中，所述介质板1中的介质材质包括固体介质或空气介质。

本实施例中，所述金属辐射体2为交错周期性结构。

本实施例中，所述均属辐射体2为矩形交错周期性结构。

微带漏波天线中电磁波行波沿着金属贴片的长边进行传输的，在传输的过程中，当天线的结构满足某些条件后，电磁波能量就会从长边以空间波的形式开始辐射。当微带漏波天线的工作频率发生变化时，天线的等效延伸宽度也会发生变化，从而使得天线结构上不同位置的电磁波相位发生变化，进而改变辐射的主波束指向。

设漏波天线传播波数为kz＝βz-jαz，其中β为相位常数，α为衰减常数，设θ为漏波天线的主波束角度，θhpbw为主波束的波瓣宽度，k0为自由空间波数，那么有

对于周期性的漏波结构而言，基于floquet理论，在周期性的金属贴片上传播的是慢波(相位常数大于空间波数)，无法直接进行辐射。但是周期性的结构会引入无穷多个空间谐波，使能量向外辐射形成波束。通常，周期性的漏波天线结构会以-1次谐波进行辐射。其中，第n次的谐波的传播常数为：

kz为周期单元的传播常数，p为周期间距，n为空间谐波的次数。特别地，对于-1次谐波有：

由-1次谐波的传播常数公式以及主波束方向角计算公式可得，对于周期性的漏波天线而言，其波束扫描范围可以覆盖两个象限，包括从边射到端射范围的前向扫描(βz-1＞0)，还能在后向范围实现扫频(βz-1＜0)。

在实际生活中，还有许多天线应用的场合需要我们在固定的频率中进行数据传输，这使得微带漏波天线主波束随频率变化产生扫描的特性难以应用。除了微带漏波天线工作的频率会影响天线的等效延伸宽度，进而影响相位常数，改变主波束角度以外，天线的等效导纳yw也会影响相位常数，并且等效导纳yw由等效延伸宽度决定。因此可以在频率固定的条件下，改变等效延伸宽度，进而改变相位常数，使天线的主波束角度偏移。在本实施例中中，选择使用贴片电容和短路钉来使等效延伸宽度发生改变。

基于微带漏波天线的各项参数调整仿真以及实测，结合传统的微带漏波天线传播常数的公式形式，利用严格的数值分析方法得出了贴片电容和短路钉的加载对等效延伸宽度的修正公式：

其中，c为加载电容值的大小，s为加载电容之间的间距，εr为介质板的相对介电常数，h为介质板厚度，w为贴片物理宽度，εeff表示有效介电常数。

通过传统微带漏波天线传播常数的计算方式，通过联立下列等式，即可求出漏波传播常数kz：

最后利用floquet公式即可求解得到该周期结构下-1次谐波的漏波传播常数：

结合·kz-1＝βz-1-jαz-1与即可求出相应的主波束角度。

图5，图6分别是天线工作于5ghz到8ghz的回波损耗曲线图和加载不同电容值的辐射方向图，图6(a)为e面方向图，图6(b)为h面方向图。由于交错周期性结构的漏波特性，天线的主波束可以进行从后向到前向的扫描。增加短路钉和贴片电容，可以用来控制工作频段的偏移和定频波束扫描的特性。因此，该天线具有很好的波束扫描特性，此外天线的辐射方向图、增益和波束指向性也很好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。