一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线的制作方法

本发明涉及一种漏波天线，尤其是一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线，属于航空航天领域。

背景技术：

漏波天线是行波天线的一种，能够实现频率扫描特性，具有较高的辐射效率和很强的方向性。漏波天线被广泛应用于航空航天相关领域，比如高分辨雷达、飞行器表面的共形天线以及导航天线等，也可以为移动终端等提供较好的电波覆盖。这其中，周期结构的漏波天线利用了高阶模式下的空间谐波，可以实现宽角度的扫描，而成为了研究的热点。

尽管漏波天线有诸多优点，但是尺寸过大一直是漏波天线的劣势。通常，为了获得更高的漏波系数，漏波天线需要10个以上波长的尺寸，这给漏波天线的应用带来了一定的困难，而过长的辐射阵列也使得漏波天线的波束较窄。因此我们需要尽量缩小漏波天线的尺寸，并同时提高辐射效率。扫描角的范围也是漏波天线的重要参数指标，扫描角越大可以探测的范围越大。工作在主模为快波的准周期漏波天线，通常只能做到从端射（endfire）到侧射（broadside）的一个象限内的扫描范围。工作在空间谐波模式下的复合左右手结构漏波天线，可以做到前向和后向两个象限内的扫描范围。但是当漏波天线扫描到侧射角时，通常会遇到辐射增益大幅下降的问题，也就是阻带（openstopband）问题，这使得漏波天线无法做到前向到后向的连续扫描。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线，使得漏波天线尺寸小，既具有高的辐射效率，又能保持宽的波束宽度，且没有辐射阻带，侧射角时仍具有较高的增益，实现从前向到后向的连续扫描。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线，该漏波天线包括介质基板、设置在介质基板上的阶跃阻抗辐射阵列、两个微带馈线和两个过渡；所述介质基板的背面有金属层，为该漏波天线的接地面；过渡连接微带馈线和阶跃阻抗辐射阵列；阶跃阻抗辐射阵列在两个过渡之间；微带馈线的一端是天线的端口；微带馈线的另一端是过渡；阶跃阻抗辐射阵列包括至少三个形状及大小相同的辐射单元；每个所述辐射单元平行排列，间距相同，相邻的辐射单元之间有电磁场耦合；所述辐射单元由h型贴片、矩形贴片、连接h型贴片和矩形贴片的矩形条带组成，矩形贴片上有金属化过孔；所述h型贴片由一个水平条带、左边垂直条带和右边垂直条带组成，左边垂直条带和右边垂直条带相互平行，水平条带位于左边垂直条带和右边垂直条带之间；水平条带与矩形贴片的宽边平行；矩形条带从h型贴片水平条带的中间连接至矩形贴片的宽边；金属化过孔位于矩形贴片的中心位置，从介质基板的顶面连接至底面金属层。

优选地，每个辐射单元的左边垂直条带与其相邻的辐射单元的右边垂直条带平行，两者之间有单元缝隙；每个辐射单元的右边垂直条带与其相邻的辐射单元的左边垂直条带平行，两者之间有单元缝隙；调节单元缝隙的宽度，进而调节辐射单元之间的耦合量。

优选地，所述过渡包括左边过渡和右边过渡；左边过渡和右边过渡均由一个水平过渡条带和一个垂直过渡条带构成。

优选地，所述水平过渡条带一端连接微带馈线；水平过渡条带的另一端连接垂直过渡条带；左边过渡的垂直过渡条带平行于辐射单元的h型贴片的左边垂直条带，两者之间有缝隙；右边过渡的垂直过渡条带平行于辐射单元的h型贴片的右边垂直条带，两者之间有缝隙；调节缝隙的宽度，可以调节微带馈线与阶跃阻抗辐射阵列之间的耦合量，以及完成阻抗匹配。

优选地，调节金属化过孔的半径和单元缝隙的宽度，能够改变复合左右手结构的谐振频率。

优选地，改变辐射单元的形状和尺寸，能够调节天线的工作频率。

本发明技术方案的优点主要体现在：本方案所提出的阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线，在周期性阶跃阻抗谐振器结构上复合了左右手传输线结构，实现了漏波天线的小型化，既提高了辐射效率，又增加了波束宽度，提升了侧射角度的增益，改善了辐射阻带，实现了从前向到后向的连续扫描。

附图说明

图1是本发明的一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线正面结构示意图。

图2是本发明的一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线背面结构示意图。

图3是本发明的一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线局部结构示意图。

图4是本发明的一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线的辐射方向性图。

图5是本发明的一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线的辐射方向性图。

图中的附图标记为：介质基板1、阶跃阻抗辐射阵列2、微带馈线3、过渡4、金属层10、辐射单元20、h型贴片201、矩形贴片202、矩形条带203、金属化过孔204、水平条带205、左边垂直条带206、右边垂直条带207、单元缝隙208、左边过渡41、右边过渡42、水平过渡条带43、垂直过渡条带44和缝隙45。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明揭示了一种阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线，如图1和图2和图3所示，该漏波天线包括介质基板1、设置在介质基板1上的阶跃阻抗辐射阵列2、两个微带馈线3和两个过渡4。介质基板1的背面有金属层10，为该天线的接地面。过渡4连接微带馈线3和阶跃阻抗辐射阵列2；阶跃阻抗辐射阵列2在两个过渡4之间；微带馈线3的一端是天线的端口；微带馈线3的另一端是过渡4。

所述阶跃阻抗辐射阵列2包括至少三个形状及大小相同的辐射单元20；辐射单元20平行排列，间距相同，相邻的辐射单元20之间有电磁场耦合，但没有导体直接连接。每个所述辐射单元20由h型贴片201、矩形贴片202、连接h型贴片201和矩形贴片202的矩形条带203组成，矩形贴片202上有金属化过孔204。所述h型贴片201由一个水平条带205、左边垂直条带206和右边垂直条带207组成，左边垂直条带206和右边垂直条带207相互平行，水平条带205位于左边垂直条带206和右边垂直条带207之间；水平条带205与矩形贴片202的宽边平行；矩形条带203从h型贴片201水平条带205的中间连接至矩形贴片202的宽边；金属化过孔204位于矩形贴片202的中心位置，从介质基板1的顶面连接至底面金属层10。

每个辐射单元20的左边垂直条带206与其相邻的辐射单元20的右边垂直条带207平行，两者之间有单元缝隙208；每个辐射单元20的右边垂直条带207与其相邻的辐射单元20的左边垂直条带206平行，两者之间有单元缝隙208；调节单元缝隙208的宽度，可以调节辐射单元20之间的耦合量。

过渡4包括左边过渡41和右边过渡42；左边过渡41和右边过渡42均由一个水平过渡条带43和一个垂直过渡条带44构成；水平过渡条带43一端连接微带馈线3；水平过渡条带43的另一端连接垂直过渡条带44；左边过渡41的垂直过渡条带44平行于辐射单元20的h型贴片201的左边垂直条带206，两者之间有缝隙45；右边过渡42的垂直过渡条带44平行于辐射单元20的h型贴片201的右边垂直条带207，两者之间有缝隙45；调节缝隙45的宽度，可以调节微带馈线3与阶跃阻抗辐射阵列2之间的耦合量，以及完成阻抗匹配。

调节金属化过孔204的半径和单元缝隙208的宽度，可以改变复合左右手结构的谐振频率。改变辐射单元20的形状和尺寸，可以调节天线的工作频率。该天线实现了漏波天线的小型化，同时提高了辐射效率，改善了辐射阻带，实现了从前向到后向的连续扫描。

阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线采用微带馈电，由于是漏波辐射，天线的两端各有一个端口。电磁波信号从天线的一个端口馈入后，经过一段微带馈线3到过渡4，再到阶跃阻抗辐射阵列2，一边传播一边辐射。过渡4完成微带馈线3和阶跃阻抗辐射阵列2之间的阻抗匹配和波矢量匹配。阶跃阻抗辐射阵列2的每个辐射单元20实现了阶跃阻抗谐振器和复合左右手结构两种技术的结合。阶跃阻抗谐振的功能由h型贴片201完成。这其中，h型贴片201的左边垂直条带206和右边垂直条带207实现低阻抗，相对于传统的阶跃阻抗谐振器，左边垂直条带206和右边垂直条带207向纵向延伸并缩小了横向尺寸，从而减小阶跃阻抗辐射阵列2的整体尺寸；h型贴片201的水平条带205实现高阻抗。

相邻h型贴片201的右边垂直条带207和左边垂直条带206相互耦合，传输电磁波的同时，形成串联电容；h型贴片201通过一个较小的矩形条带203连接至下方的矩形贴片202，矩形贴片202上的金属化过孔204连接到背面金属层10，金属化过孔204形成并联电感；结合辐射单元其他结构的右手传输特性，共同构成复合左右手结构。辐射单元20之间通过耦合谐振传输电磁波，在传输方向形成周期性结构，激发空间谐波并形成辐射。漏波天线工作在一次空间谐波区域，右手区域现实前向的频率扫描，左手区域实现后向的频率扫描，复合左右手结构可以进一步减小辐射单元的尺寸，使得阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线的辐射阵列总长度仅需3个工作波长。

在制造上，阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线可以采用平面印刷电路板（pcb）工艺制作，也可以采用芯片工艺、高温共烧陶瓷（htcc）或低温共烧陶瓷（ltcc）等工艺制作。

本发明的实施例的方向图如图4和图5所示。图4中横坐标表示漏波天线的扫描角度，纵坐标表示漏波天线的增益，图5中横坐标表示漏波天线的扫描角度，终坐标表示漏波天线的增益，其辐射方向图结果所示。该漏波天线很好地实现了随频率从后向到前向的大角度连续扫描，而增益尤其是在侧向角也就是0度位置上的增益，稳定在10db以上。阶跃阻抗复合左右手结构的漏波天线很好地实现了小型化、高增益，并解决了侧射位置阻带的问题，实现了连续扫描。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。