CN207398342U - 漏波天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种漏波天线，包括微带漏波天线和全通滤波器，微带漏波天线包括微带线和与微带线连接的贴片单元，全通滤波器包括介质底板和短截线，微带线、贴片单元和短截线周期性间隔排列设置于介质底板，各贴片单元通过对应的微带线连接相邻的贴片单元，各短截线与对应的微带线正交对称耦合设置，介质底板与各短截线对应的位置开设有槽，槽的宽度与对应短截线的宽度的误差小于预设误差，槽的长度大于短截线的长度。通过调节短截线的长度使得在微带漏波天线工作带宽内具有较高的群时延特性，将具有较高的群时延特性的全通滤波器耦合级联进微带漏波天线，通过增大微带漏波天线的群时延，大幅提高在相同带宽下微带漏波天线的扫频角度范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子及通信技术领域，特别是涉及一种漏波天线。
背景技术
漏波天线已经广泛应用于许多通信系统或微波频段的雷达上，因为它具有成本低，配置简单，重量轻，易于制造和与其他电子元件集成的诸多优点。因此，从十九世纪以来，它在许多领域得到深度的研究和广泛应用。
第一个具有使用价值的微带漏波天线被W.Menzel等人在1979年提出来，它是一个可以在高阶模下实现主波束频率扫描的贴片天线，随后漏波天线受到了学术界的重视。随着毫米波研究的展开，在毫米波成像系统中通常情况下需要天线在窄带宽范围内具有宽扫描角度，使系统结构更加简单。而在窄带应用中，传统的漏波天线扫描角度范围小。
实用新型内容
基于此，有必要针对传统的漏波天线扫描角度范围小的问题，提供一种提高扫描角度范围的漏波天线。
一种漏波天线，包括微带漏波天线和全通滤波器，所述微带漏波天线包括微带线和与所述微带线连接的贴片单元，所述全通滤波器包括介质底板和短截线，所述微带线、所述贴片单元和所述短截线周期性间隔排列设置于所述介质底板，各贴片单元通过对应的微带线连接相邻的贴片单元，各短截线与对应的微带线正交对称耦合设置，所述介质底板与各短截线对应的位置开设有槽，所述槽的宽度与对应短截线的宽度的误差小于预设误差，所述槽的长度大于对应短截线的长度。
上述漏波天线，通过调节全通滤波器的短截线的长度使得在微带漏波天线预设工作带宽内具有较高的群时延特性后，将具有较高的群时延特性的全通滤波器耦合级联进微带漏波天线，通过增大微带漏波天线的群时延，大幅提高在 相同带宽下微带漏波天线的扫频角度范围。
附图说明
图1为一实施例中漏波天线结构图；
图2为一实施例中全通滤波器三视图；
图3为一实施例中S参数曲线图；
图4为一实施例中群时延曲线图；
图5为一实施例中扫描角度随频率变化曲线图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图1所示，一种漏波天线，包括微带漏波天线和全通滤波器，微带漏波天线包括微带线110和与微带线110连接的贴片单元120，全通滤波器包括介质底板130和短截线140，微带线110、贴片单元120和短截线140周期性间隔排列设置于介质底板130，各贴片单元120通过对应的微带线110连接相邻的贴片单元120，各短截线140与对应的微带线110正交对称耦合设置，介质底板130与各短截线对应的位置开设有槽150，槽150的宽度与对应短截线140的宽度的误差小于预设误差，槽150的长度大于短截线140的长度。
具体地，漏波天线的一个重要的特点便是具有频率扫描能力，即可以通过改变天线的工作频率，来改变天线的辐射方向，预设误差在±10％范围内。
传统的微带漏波天线的工作带宽在5.4GHz到6.1GHz，在工作带宽内具有43°到10°的扫频角度范围。根据标准扫描公式如下：
其中，θMB为漏波天线的主波束辐射角，βn(ω)为n次空间谐波的相位变化，k0为自由空间波数，ω为角速度。
根据标准扫描公式可以得出，天线的主波束辐射角θMB与n次空间谐波的相位变化βn(ω)有关，而群时延：进一步地，群时延即系统在某频率 处的相位(相移)对于频率的变化率，由此可见，群时延越大，意味着电磁波相位随频率变化的速率越快，扫描角度和相位以及频率相关，这意味着天线的主波束辐射角度随频率变化速率也会变快。
常用的微带天线是在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线或者同轴探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
在一个实施例中，贴片单元120包括依次贴合的规则形状的第一金属接地层、第一介质基片和第一金属贴片层。
具体地，在本实施例中，规则形状为矩形。进一步地，第一介质基片的厚度范围值为0.5mm-2.5mm，具体为1.5mm，第一介质基片为介电常数为2.2的介质基片。
在一个实施例中，微带线110包括依次贴合的规则形状的第二金属接地层、第二介质基片和第二金属贴片层。
具体地，第二金属接地层连接第一金属接地层，第二介质基片连接第一介质基片，第二金属贴片层连接第一金属贴片层，第二介质基片的厚度范围值为0.5mm-2.5mm，具体为1.5mm，第一介质基片为介电常数为2.2的介质基片。另外，介质底板130的厚度范围值为0.5mm-2.5mm，具体为1.5mm，介质底板130为介电常数为2.2的介质底板。
在一个实施例中，微带线110为铜材质的微带线110，贴片单元120为铜材质的贴片单元120。
具体地，铜的导波性能好，且成本低，性价比高。
在一个实施例中，微带线110的长度范围值为7.41mm-9.41mm，具体为8.41mm，微带线110的宽度范围值为1.7mm-1.9mm，具体为1.8mm，贴片单元120的长度范围值为18.8mm-20.8mm，具体为19.8mm，贴片单元120的宽度范围值为16.72mm-16.92mm，具体为16.82mm。
在一个实施例中，槽的长度范围值为28mm-30mm，具体为29mm，短截线的长度范围值为26mm-28mm，具体为27mm。
在一个实施例中，全通滤波器的三维视图如图2所示，全通滤波器包括介质底板130、微带线110和短截线140，在本申请中，由于全通滤波器的微带线110和微带漏波天线中的微带线110重合，因此，微带漏波天线和全通滤波器共用一根微带线110进行馈电，全通滤波器包括介质底板130和短截线140，介质底板130上方是沿x方向的微带线110(即微带漏波天线中的微带线110)和长度为Lm，宽度为Wm的短截线140，短截线140关于x方向的微带线110对称，中间是介质底板130，介质底板130下开有和短截线140相同宽度的槽150，槽150的长度略长于介质上方的短截线140，同样关于x轴对称。槽150的长度Ls约为Lm的1.1倍，槽150的宽度与其正上方的短截线140的宽度误差小于预设误差范围内，槽150的宽度和短截线140的宽度范围值为0.1mm-0.3mm，进一步地，槽150的宽度要尽量小且与其正上方的短截线140的宽度相同，即Ws＝Wm，不影响到天线的辐射特性。该全通滤波器具有良好的S参数曲线(S11曲线表示输入反射系数，S21表示正向传输系数)，如图3所示，接近0dB的S21曲线说明该全通滤波器的传输特性接近100％，小于-10dB的S11曲线说明该全通滤波器的反射率低于10％，这说明该全通滤波器应用在微带漏波天线上只会对微带漏波天线的传输特性产生微小的影响。同时，该全通滤波器的群时延可以通过调节介质底板130上方的短截线140长度Lm来进行控制工作带宽内的群时延曲线，群时延变化曲线随Lm变化趋势如图4所示，由于微带漏波天线的工作带宽在5.4GHz到6.1GHz，所以我们最优选择Ls＝29mm，则该全通滤波器在该工作带宽内具有较高的群时延特性，进一步地，可以根据微带漏波天线的工作带宽的不同，调节介质底板130上方的短截线140长度Lm来进行控制工作带宽内的群时延曲线。从整体性能考虑，将全通滤波器调节到群时延特性较大且传输特性最佳的状态，再将全通滤波器耦合级联进周期结构的微带漏波天线中，这样也不会影响微带漏波天线的辐射能力。微带漏波天线和全通滤波器进行耦合级联的过程中，需要对中间微带线110的宽度进行调整，既不能改变天线的辐射特性，也不能改变全通滤波器的群时延特性，利用电磁仿真软件CST对结构进行优化，微调Lm和Ls，使得漏波天线的扫描角度范围最大化。
调整之后的最优参数为Wm＝Ws＝0.2mm,Lm＝27mm,Ls＝29mm。改进后天线 的工作带宽依旧保持在5.4GHz到6.1GHz，在这个工作带宽内的频扫角度范围是26°到-31°，如图5所示。相对于传统的频扫天线，总的扫描角度增加了24°，扫描角度范围增加了72.7％。同时还可以看到，天线辐射保持了一个平稳的高增益。实现了宽角度扫描，低副瓣，高增益的频扫天线。
上述漏波天线，在全通滤波器对微带漏波天线的S参数没有大影响的前提下，通过调节全通滤波器的短截线140的长度使得在微带漏波天线工作带宽内具有较高的群时延特性，将具有较高的群时延特性的全通滤波器耦合级联进微带漏波天线，通过增大微带漏波天线的群时延，大幅提高在相同带宽下微带漏波天线的扫频角度范围。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种漏波天线，其特征在于，包括微带漏波天线和全通滤波器，所述微带漏波天线包括微带线和与所述微带线连接的贴片单元，所述全通滤波器包括介质底板和短截线，所述微带线、所述贴片单元和所述短截线周期性间隔排列设置于所述介质底板，各贴片单元通过对应的微带线连接相邻的贴片单元，各短截线与对应的微带线正交对称耦合设置，所述介质底板与各短截线对应的位置开设有槽，所述槽的宽度与对应短截线的宽度的误差小于预设误差，所述槽的长度大于对应短截线的长度。
2.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述贴片单元包括依次贴合的规则形状的第一金属接地层、第一介质基片和第一金属贴片层。
3.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述微带线包括依次贴合的规则形状的第二金属接地层、第二介质基片和第二金属贴片层。
4.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述介质底板的厚度范围值为0.5-2.5mm，所述介质底板为介电常数为2.2的介质底板。
5.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述微带线为铜材质的微带线，和所述贴片单元为铜材质的贴片单元。
6.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述微带线的长度范围值为7.41mm-9.41mm，所述微带线的宽度范围值为1.7mm-1.9mm，所述贴片单元的长度范围值为18.8mm-20.8mm，所述贴片单元的宽度范围值为16.72mm-16.92mm。
7.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述槽的长度范围值为28mm-30mm，所述短截线的长度范围值为26mm-28mm。
8.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述槽的宽度和所述短截线的宽度范围值为0.1mm-0.3mm。
9.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述预设误差为±10％。
10.根据权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述槽的宽度和所述短截线的宽度相同。
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| CN201721125261.1U CN207398342U (zh) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | 漏波天线 |
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|---|---|
| CN (1) | CN207398342U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109918864A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-06-21 | 南京信息工程大学 | 基于扇形短截线和耦合微带线的负群时延电路及设计方法 |
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2017
- 2017-09-04 CN CN201721125261.1U patent/CN207398342U/zh active Active
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| CN109918864A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-06-21 | 南京信息工程大学 | 基于扇形短截线和耦合微带线的负群时延电路及设计方法 |
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