CN108987910A - 一种基于液晶电控扫描波导漏波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，包括N个单元阵列，N大于等于2，所述N个单元阵列镶嵌于介质基板上，其特征在于：所述单元阵列由下往上依次为微带线、介质基板、下层金属地板、液晶层、上层金属地板、和金属贴片；所述微带线位与单元阵列下表面中间；所述上层金属地板中间开缝隙，所述缝隙从侧面的形状为H形；所述两层金属地板之间与H形的缝隙中填满液晶材料；所述金属贴片为中间开至少一条矩形缝隙。本发明能够实现无移相器，仅通过幅度加权的波束控制方法，改变阵元幅度不改变相位和天线参数，就可以实现天线目标辐射特性。

Description

一种基于液晶电控扫描波导漏波天线
技术领域
本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于液晶电控扫描波导漏波天线。
背景技术
漏波天线具有随着馈入的电磁波频率的变化，天线主瓣波束方向也会变化的频率扫描特性。漏波天线的频扫特性在过去有着较为广泛的应用，但这种频扫特性往往会占据一段较宽的连续的频带资源。当今，随着无线通信的爆炸式发展，本就有限的频谱资源显得日益拥堵，而传统漏波天线的频扫特性与现代通信提高频谱利用率的追求显然是矛盾的，因此为了解决这一矛盾，定频扫描漏波天线的概念开始被提出。基于液晶材料的定频电控扫描漏波天线能够工作在微波的高频波段。液晶材料可以在外加磁场或电场的控制下，改变自身的介电常数，这一特性被施加到天线结构中，就可以实现漏波天线的定频扫描。然而，现有的液晶电控扫描漏波天线通常具有如下的缺点 ：第一，需要使用外加可控磁场来配合天线的方向图扫描，从而导致天线的控制机构复杂 ；第二，为了能够使液晶的介电常数在外加电场的作用下发生改变，需要为天线设计额外的偏置电路，而这种偏置电路会导致低频或直流电路与射频电路之间的电磁耦合，进而是天线的辐射特性恶化。
发明内容
所要解决的技术问题：
本发明目的是利用液晶的介电常数可调、损耗低、能工作在较高频段的优良特点，代替传统的二极管作为电控件，采用改变单元偏压来控制激励幅度的方法，实现天线目标辐射特性，提供了一种基于液晶电控扫描波导漏波天线。
技术方案：
一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，包括N个单元阵列，所述N个单元阵列镶嵌于介质基板上，其特征在于：所述单元阵列由下往上依次为微带线、介质基板、下层金属地板、液晶层、上层金属地板、和金属贴片；所述微带线位与单元阵列下表面中间；所述上层金属地板中间开缝隙，所述缝隙从侧面的形状为H形；所述两层金属地板之间与H形的缝隙中填满液晶材料；所述金属贴片为中间开至少一条矩形缝隙。
进一步地，所述介质基板为微波板，相对介电常数为3到4。
进一步地，所述单元阵列的距离相等。
进一步地，所述单元阵列在介质基板上的排列方式为串形排列。
进一步地，所述金属贴片的尺寸为10mm*5mm；所述液晶层与下层金属地板与上层金属地板的尺寸为15mm*5mm。
有益效果：
（1） 本发明能够实现无移相器，仅通过幅度加权的波束控制方法，改变阵元幅度不改变相位和天线参数，就可以实现天线目标辐射特性;
（2）本方案设计的天线，可以对液晶进行分块控制。通过多端口馈电的形式验证了仅幅度加权的可行性，又通过改变液晶各向介电常数模拟幅度加权，实现了大角度的波束扫描，还可以对多波束、波束展宽、余割平方波束等复杂的方向图形状进行控制。
（3）本方案提出的天线可以实现对于主瓣方向和副瓣电平的同时的控制。
附图说明
图1为单元阵列的侧面结构图；
图2为天线的示意图；
图3为天线的多端口馈电模拟幅度加权远场方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明：
如图1所示， 为本发明中的N个单元阵列中的一个单元列阵的侧面结构图。所述单元阵列由下往上依次为微带线1、介质基板2、绝缘层3、下层金属地板4、液晶层5、上层金属地板6、和金属贴片7；所述微带线位与单元阵列下表面中间；所述上层金属地板中间开缝隙，所述缝隙从侧面的形状为H形；所述两层金属地板之间与H形的缝隙中填满液晶材料；所述金属贴片为中间开至少一条矩形缝隙。
本发明是一种基于印刷电路板技术设计的微带漏波天线。考虑到液晶材料具有介电 常数可调、损耗低、能工作在较高频段等优良特性，因此选用液晶材料代替二极管作为电控 元件，采用改变单元偏压来控制激励幅度的方法，实现天线目标辐射特性。因为漏波天线需 要布阵，所以单元的尺寸应该足够小，使沿z轴方向单元长度p <λs/2，这样才能保证在一个 介质波长内有足够多的单元进行幅度采样，使仿真结果更准确。馈电网络上采用了串行耦 合馈电形式。同时由于介质基板的选取对天线的影响很大，所以设计微带天线时要选择厚 度和介电常数合适的基板。在本实用例中选用的介质板为单面罗杰斯R043-50微波板，相对 介电常数为3.66，损耗角正切为0.006，厚度为0.8 mm。天线的各尺寸参数与工作频率下的 电磁波波长有关，工作频率为f = 12.5 GHz，此时的电磁波波长为λ，微带线中传播的电磁 波的介质波长为s。
为了拓展带宽，在上层金属地板中间开缝隙，并且缝隙从侧面的形状为H形的耦合缝隙时，耦合缝隙中充满液晶物质。
如图2所示，本发明的天线由很多个单元阵列组成，并且单位列阵之间的距离相等。
如图3所示可以看出，主瓣方向与所设初值e。基本保持一致，因此可以推断出在相位差恒定的情况下，仅通过改变激励端口的幅值，天线主瓣方向就可以实现从前向到后向的扫描，并且可以实现侧向(90 = 00)扫描，扫描角度可以从-4_5。至600。验证了基于全息理论的幅度加权的波束控制方法可以对液晶电控扫描微带漏波天线进行波束控制。在不同的主瓣方向下，副瓣电平基本都在一13 dB以下，验证了基于全息理论的幅度加权的波束控制方法能有效地抑制副瓣电平。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，包括N个单元阵列，N大于等于2，所述N个单元阵列镶嵌于介质基板上，其特征在于：所述单元阵列由下往上依次为微带线（1）、介质基板（2）、绝缘层（3）、下层金属地板（4）、液晶层（5）、上层金属地板（6）和金属贴片（7）；所述微带线（1）位与单元阵列下表面中间；所述上层金属地板中间开缝隙，所述缝隙从侧面的形状为H形；所述两层金属地板之间与H形的缝隙中填满液晶材料；所述金属贴片（7）为中间开至少一条矩形缝隙。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，其特征在于：所述介质基板（2）为微波板，相对介电常数为3到4。
3.根据权利要求1所述的一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，其特征在于：所述各个单元阵列的距离相等。
4.根据权利要求1所述的一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，其特征在于：所述各个单元阵列在介质基板上的排列方式为串形排列。
5.根据权利要求1所述的一种基于液晶电控扫描波导漏波天线，其特征在于：所述金属贴片（7）的尺寸为10mm*5mm；所述液晶层（5）与下层金属地板（4）与上层金属地板（6）的尺寸为15mm*5mm。
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