CN107359395A - 交指耦合类crlh传输线结构及漏波天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了交指耦合类CRLH传输线结构及漏波天线，包括介质板，介质板上设置有左手电容、左手电感、右手电容和右手电感，左手电容和右手电感串联设置，右手电容和左手电感并联设置；介质板上设置有由微带传输线构成的交指结构和短路枝节，交指结构提供左手电容，短路枝节提供左手电感，结合微带传输线自身的右手电感和右手电容效应，介质板上实现了CRLH特性；交指结构两组交错插设的交指线，同组的交指线之间通过金属柱和金属片连接。克服了传统CRLH传输线结构存在寄生谐振这一缺点，利用CRLH传输线结构设计宽带漏波天线后，在尺寸和单元个数相等的情况下，交指耦合类CRLH漏波天线具有更低的工作频带，实现了小型化。

Description

交指耦合类CRLH传输线结构及漏波天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及交指耦合类CRLH传输线结构及漏波天线。

背景技术

由于CRLH(Composite right/left-handed，复合左右手)传输线结构在左手快波区域内具有相位超前效应，在右手快波区域内具有相位滞后效应，当β＝0时群速却不为0。因此，利用CRLH传输线可以设计从后向到前向连续频扫的漏波天线。

现有的CRLH传输线结构存在一些缺点，例如对传统ICT CRLH传输线单元进行全波仿真，并利用优化拟合工具进行电路参数提取(CL＝0.317pF、CR＝0.462pF、LL＝1.792nH、LR＝2.64nH)，图1给出了这种情况下的传统CRLH传输线及其等效电路的色散曲线。从图1可以看出，该传统ICT CRLH传输线单元在8.3GHz和10.7GHz左右激起了寄生谐振，因此，利用该单元设计的漏波天线在这两个谐振频点附近不能正常工作，所以，传统CRLH漏波天线的主要缺点就是频带宽度窄。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供交指耦合类CRLH传输线结构及漏波天线。具体地，其技术方案如下：

一种交指耦合类CRLH传输线结构，包括介质板，所述介质板上设置有左手电容、左手电感、右手电容和右手电感，所述左手电容和所述右手电感串联设置，所述右手电容和所述左手电感并联设置；

所述介质板上设置有由微带传输线构成的交指结构和短路枝节，所述交指结构提供所述左手电容，所述短路枝节提供所述左手电感，结合所述微带传输线自身的右手电感和右手电容效应，所述介质板上实现了CRLH特性；

所述交指结构两组交错插设的交指线，同组的所述交指线之间通过金属柱和金属片连接。

作为对技术方案的改进，所述金属柱和所述金属片的材质选自铜、铝、银或金。

作为对技术方案的改进，所述介质板上设置有矩形槽，所述金属片设置在所述矩形槽中，所述金属柱连接所述金属片。

作为对技术方案的改进，所述交指结构的长度为p，所述短路枝节上接地通孔的直径为d，所述交指结构的宽度为WC，交错的所述交指线之间的间隙为W1，所述交指线的宽度为W2，所述矩形槽的宽度为W3，所述矩形槽的长度为W4，所述金属片的长度为W5，所述金属片的宽度为W6，其中，p＝6.1mm、d＝0.3mm、WC＝3.3mm、W1＝0.3mm、W2＝0.3mm、W3＝0.9mm、W4＝3.3mm、W5＝2.7mm、W6＝0.3mm、WS＝1mm、LS＝13.35mm。

作为对技术方案的改进，所述介质板的介电常数为2.2。

作为对技术方案的改进，所述介质板的厚度为1.5mm。

作为对技术方案的改进，每组所述交指线的数量为3根。

一种交指耦合类CRLH漏波天线，包括若干个级联的上述技术方案中任一项所述的交指耦合类CRLH传输线结构。

作为对技术方案的改进，所述CRLH传输线结构的数量为16个。

作为对技术方案的改进，所述交指耦合类CRLH漏波天线的边射频率为3.93GHz；

和/或，所述交指耦合类CRLH漏波天线的特性阻抗为68Ω。

本发明至少具有以下有益效果：

交指耦合类CRLH传输线结构包括介质板，介质板上设置有左手电容、左手电感、右手电容和右手电感，左手电容和右手电感串联设置，右手电容和左手电感并联设置；介质板上设置有由微带传输线构成的交指结构和短路枝节，交指结构提供左手电容，短路枝节提供左手电感，结合微带传输线自身的右手电感和右手电容效应，介质板上实现了CRLH特性；交指结构两组交错插设的交指线，同组的交指线之间通过金属柱和金属片连接。

由于通过金属柱和金属片连接同组的交指线，CRLH传输线结构克服了传统CRLH传输线结构存在寄生谐振这一缺点，因此可以利用CRLH传输线结构设计宽带漏波天线后，在尺寸和单元个数相等的情况下，交指耦合类CRLH漏波天线具有更低的工作频带，实现了小型化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有技术中CRLH传输线结构的色散曲线；

图2是本发明实施例1中交指耦合类CRLH传输线结构的正视图；

图3是本发明实施例1中交指耦合类CRLH传输线结构的背视图；

图4是本发明实施例1中交指耦合类CRLH传输线结构的斜视图；

图5是本发明实施例1中交指耦合类CRLH传输线结构的等效电路图；

图6是本发明实施例1中交指耦合类CRLH传输线结构的色散曲线；

图7是本发明实施例2中交指耦合类CRLH漏波天线的正视图；

图8是本发明实施例2中交指耦合类CRLH漏波天线的回波损耗测试结果示意图；

图9是本发明实施例2中交指耦合类CRLH漏波天线的方向图测试结果示意图。

主要元件符号说明：

01-交指线；02-短路枝节；03-接地通孔；04-金属柱；05-介质板；06-金属片；07-矩形槽。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本实施提供了一种交指耦合类CRLH传输线结构，其可用作雷达天线(例如漏波天线)等设施的传输线单元。

请一并参阅图1-图6，在本实施例中，该交指耦合类CRLH传输线结构包括介质板05。其中，介质板05是指设置在两块电机之间的绝缘板。作为一种优选的介质板05，本实施例中的介质板05为印刷电路板(PCB板)。

进一步优选，介质板05的介电常数为2.2。其中，关于介电常数，是指，介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中的电场与原外加电场(真空中)的比值即为相对介电常数(relative permittivity或dielectric constant)，又称诱电率，与频率相关。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。

进一步优选，介质板05的厚度为1.5mm。

在本实施例中，介质板05上设置有左手电容、左手电感、右手电容和右手电感，左手电容和右手电感串联设置，右手电容和左手电感并联设置。具体地，如图5所示，左手电容和右手电感设置在第一支路上，右手电感位于左手电容的右侧，且与左手电容串联。右手电容设置在右手电感的右侧，右手电容的一端与第一支路电性连接，右手电容的另一端与第二支路电性连接。左手电感设置在右手电感的右侧，左手电感的一端与第一支路电性连接，左手电感的另一端与第二支路电性连接。

其中，就实体结构而言，介质板05上设置有由微带传输线构成的交指结构和短路枝节02，交指结构提供左手电容，短路枝节02提供左手电感。结合微带传输线自身的右手电感和右手电容效应，介质板05上实现了CRLH特性。具体地，右手电感和右手电容分别由微带传输线自身的分布电感和分布电容提供。

其中，微带传输线是由支在介质板05上的单一导体带构成的微波传输线，相应地，介质板05的另一面设置有接地结构。具体地，如图4所示，短路枝节02的两端各设置有一个接地通孔03。

在本实施例中，交指结构包括两组交错插设的交指线01。其中，交指结构是指，两组微带传输线各有多根线，像十指交叉一样交错设置，且不同组上的交指线01之间具有预设的间隔。在本实施例中，预设的间隔一个具体指标是预设限定的交错的交指线01之间的间隙。

在本实施例中，同组的交指线01之间通过金属柱04和金属片06连接。作为一种优选的连接方式，金属柱04、金属片06焊接在交指线01上，金属柱04和金属片06之间也采用焊接连接。

优选地，金属柱04和金属片06的材质选自铜、铝、银或金。

优选地，介质板05上设置有矩形槽07，金属片06设置在矩形槽07中，金属柱04连接金属片06。

在本实施例中，关于交指耦合类CRLH传输线结构的物理尺寸，设定交指结构的长度为p，短路枝节02上接地通孔03的直径为d，交指结构的宽度为WC，交错的交指线01之间的间隙为W1，交指线01的宽度为W2，矩形槽07的宽度为W3，矩形槽07的长度为W4，金属片06的长度为W5，金属片06的宽度为W6。优选地，p＝6.1mm、d＝0.3mm、WC＝3.3mm、W1＝0.3mm、W2＝0.3mm、W3＝0.9mm、W4＝3.3mm、W5＝2.7mm、W6＝0.3mm、WS＝1mm、LS＝13.35mm。

当采用上述物理尺寸时，对交指耦合类CRLH传输线结构进行全波仿真，并利用Serenade 8.7中的优化拟合工具进行电路参数提取，提取出的电路参数为：CL＝0.503pF、CR＝0.769pF、LL＝1.537nH、LR＝3.3nH，图6给出了这种情况下的交指耦合类CRLH传输线结构及其等效电路的色散曲线。

如图6所示，交指耦合类CRLH传输线结构不存在寄生谐振。也就是说，由于通过金属柱04和金属片06连接同组的交指线01，交指耦合类CRLH传输线结构克服了交指耦合类CRLH传输线结构存在寄生谐振这一缺点，因此可以利用CRLH传输线结构设计宽带漏波天线。

优选地，每组交指线01的数量为3根。也就是说，交指线01的总数量优选为6根。

实施例2

请一并参阅图7-图9，本实施例提供了一种交指耦合类CRLH漏波天线，包括若干个级联的实施例1中的交指耦合类CRLH传输线结构。

优选的，级联的CRLH传输线结构的数量为16个。

通过仿真优化，新型ICT CRLH漏波天线及其等效电路的参数如表1所示:

从上表可以看出，交指耦合类CRLH漏波天线的特性阻抗为68Ω，因此，可以直接利用50Ω的微带传输线进行匹配。

作为对技术方案的改进，交指耦合类CRLH漏波天线的边射频率为3.93GHz；

和/或，交指耦合类CRLH漏波天线的特性阻抗为68Ω。

从图7可以看出，该天线在3.27GHz-6.22GHz范围内的S11小于-10dB，且在整个频带内没有寄生谐振。从图8可以看出，新型ICT CRLH漏波天线实现了波束从后向到前向的连续扫描，交叉极化较小。此外，该天线在3.5GHz、3.8GHz、4.05GHz、4.28GHz、4.5GHz这五个频点上的增益分别为9.21dB、10.17dB、10.61dB、9.65dB、9.91dB。

本实施例至少具有以下有益效果：

与传统CRLH漏波天线相比，本实施例中的交指耦合类CRLH漏波天线具有以下优点：

1、交指耦合类CRLH漏波天线在整个频带范围内消除了寄生谐振；

2、在尺寸和单元个数相等的情况下，交指耦合类CRLH漏波天线具有更低的工作频带，实现了小型化。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，包括介质板，所述介质板上设置有左手电容、左手电感、右手电容和右手电感，所述左手电容和所述右手电感串联设置，所述右手电容和所述左手电感并联设置；

所述介质板上设置有由微带传输线构成的交指结构和短路枝节，所述交指结构提供所述左手电容，所述短路枝节提供所述左手电感，结合所述微带传输线自身的右手电感和右手电容效应，所述介质板上实现了CRLH特性；

所述交指结构两组交错插设的交指线，同组的所述交指线之间通过金属柱和金属片连接。

2.根据权利要求1所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，所述金属柱和所述金属片的材质选自铜、铝、银或金。

3.根据权利要求1所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，所述介质板上设置有矩形槽，所述金属片设置在所述矩形槽中，所述金属柱连接所述金属片。

4.根据权利要求3所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，所述交指结构的长度为p，所述短路枝节上接地通孔的直径为d，所述交指结构的宽度为WC，交错的所述交指线之间的间隙为W1，所述交指线的宽度为W2，所述矩形槽的宽度为W3，所述矩形槽的长度为W4，所述金属片的长度为W5，所述金属片的宽度为W6，其中，p＝6.1mm、d＝0.3mm、WC＝3.3mm、W1＝0.3mm、W2＝0.3mm、W3＝0.9mm、W4＝3.3mm、W5＝2.7mm、W6＝0.3mm、WS＝1mm、LS＝13.35mm。

5.根据权利要求1所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，所述介质板的介电常数为2.2。

6.根据权利要求1所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，所述介质板的厚度为1.5mm。

7.根据权利要求1所述的交指耦合类CRLH传输线结构，其特征在于，每组所述交指线的数量为3根。

8.一种交指耦合类CRLH漏波天线，其特征在于，包括若干个级联的权利要求1-7中任一项所述的交指耦合类CRLH传输线结构。

9.根据权利要求8所述的交指耦合类CRLH漏波天线，其特征在于，所述CRLH传输线结构的数量为16个。

10.根据权利要求8所述的交指耦合类CRLH漏波天线，其特征在于，所述交指耦合类CRLH漏波天线的边射频率为3.93GHz；

和/或，所述交指耦合类CRLH漏波天线的特性阻抗为68Ω。