CN209298342U

CN209298342U - 微带漏波天线

Info

Publication number: CN209298342U
Application number: CN201821888432.0U
Authority: CN
Inventors: 唐小兰; 张青峰
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology; Southern University of Science and Technology
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-08-23
Anticipated expiration: 2028-11-16

Abstract

本申请涉及一种微带漏波天线。所述微带漏波天线包括介质板、金属辐射体以及金属地板。所述介质板包括第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面。所述金属辐射体设置于所述介质板的第一表面，包括多个周期单元，所述多个周期单元周期性平行排列。所述金属地板覆盖所述介质板的第二表面，与所述介质板形状相同。所述金属地板周期性开设有多个条状开槽口。所述多个条状开槽口的长度方向与所述金属辐射体的周期性延伸方向垂直，且所述多个条状开槽口的中心都位于同一条直线上，所述多个条状开槽口的周期与所述金属辐射体的周期相同。本申请提出的微带漏波天线的扫描范围广且有较大的辐射频率，因此具有广阔的应用前景。

Description

微带漏波天线

技术领域

本申请涉及一种微带漏波天线，特别是涉及一种具有周期单元的微带漏波天线。

背景技术

平面式微带漏波天线由于体积小、设计简单和加工便捷等优点被广泛运用于无线通信系统。根据天线的可扫描角度范围，漏波天线可以分为均一漏波天线和周期漏波天线两种。由于微带线的基模是不辐射的慢波模式，漏波的产生是依靠激励微带线的快波高次模或者加载周期性的不连续调制来实现的，它们分别对应的是均一和周期漏波天线的辐射特性。均一的漏波天线的主波束只能往前向辐射，而周期调制天线可以提供随频率从后向至前向端射的辐射。

传统技术中，有一种周期半宽度微带漏波天线，其在磁场面可以实现从149 度至28度的扫描角度范围。这种微带漏波天线后向至前向端射的辐射是通过双面三角截短线来实现的。但是这些周期漏波天线的扫描范围受限，其扫描范围均小于180度。另一种传统技术中则就是利用左右手人工电磁材料(composite right/left-handed)metamaterial)来实现天线后向至前向端射。但是利用这种材料实现天线后向至前向端射的漏波天线随频率扫描的波束角度范围仍旧有限，而且存在实现复杂的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对微带漏波天线扫描角度范围小的问题，提供一种扫描角度范围大的微带漏波天线的周期单元及其微带漏波天线。

本申请提供的一种微带漏波天线，包括：

介质板，包括第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面；

金属辐射体，设置于所述介质板的第一表面，包括多个周期单元，所述多个周期单元周期性平行排列；以及

金属地板，覆盖所述介质板的第二表面，与所述介质板形状相同，所述金属地板周期性开设有多个条状开槽口，所述多个条状开槽口的长度方向与所述金属辐射体的周期性延伸方向垂直，且所述多个条状开槽口的中心都位于同一条直线上，所述多个条状开槽口的周期与所述金属辐射体的周期相同。

上述微带漏波天线，采用周期单元制作，可实现所述微带漏波天线主波束的前后向扫描，使得所述微带漏波天线具有较大的波束扫描范围。所述微带漏波天线包括金属辐射体和开设有多个条状开槽口的金属地板，可以使与所述微带漏波天线电连接的微带线工作在快波模式，从而形成能量辐射，并且随频率扫描的角度可以从后向端射至前向端射，使得所述微带漏波天线有更大的波束扫描范围。所述金属地板上设置多个条状开槽口可以使更多的能量漏出去，从而提高天线的辐射效率，改善微带漏波天线由于强介质损耗引起的低效率短板问题。最后，本申请提供的微带漏波天线的周期单元仅包括介质板、金属辐射体以及金属地板三部分，因此具有结构简单、易加工的优点。

在其中一个实施例中，所述金属辐射体的周期单元包括条状金属带和椭圆形金属片，所述椭圆形金属片的中心与所述条状金属带的中心重合，且所述椭圆形金属片的长轴与所述条状金属带沿其长度方向上的对称轴位于同一条直线上。所述条状金属带的长度方向与所述金属辐射体的周期性延伸方向相同。所述条状金属带的宽度小于所述椭圆形金属片短轴的长度。

在其中一个实施例中，所述金属地板上周期性开设的多个条状开槽口的中心所在直线与所述椭圆形金属片长轴所在的直线之间的距离等于所述介质板的厚度，且所述多个条状开槽口的两端都位于两条正弦曲线上，所述两条正弦曲线具有相同的周期、振幅和原点，且所述两条正弦曲线的初相位相差180度。

在其中一个实施例中，所述椭圆形金属片的短轴长度小于所述两条正弦曲线的振幅的两倍。

在其中一个实施例中，所述多个条状开槽口等间距平行排列，且所述多个条状开槽口的宽度都相等，所述多个条状开口槽的间距等于所述多个条状开槽口宽度的两倍。

在其中一个实施例中，所述金属地板中所述多个条状开槽口在每一个周期中以所述椭圆形金属片的短轴所在的直线为对称轴对称设置。

在其中一个实施例中，所述两条正弦曲线的原点与所述金属辐射体一端的中点的距离等于所述介质板的厚度，且所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。

在其中一个实施例中，所述介质板为长方形。

在其中一个实施例中，所述条状金属带沿其长度方向的对称轴与所述介质板沿其长度方向的一个对称轴位于同一条直线上。

在其中一个实施例中，所述两条正弦曲线的原点位于所述介质板一个短边的中点上，所述两条正弦曲线振幅的两倍小于所述介质板短边的长度，所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。

本申请提供的实施例中，对所述微带漏波天线的金属辐射体和金属地板做了进一步限定，采用正弦周期结构，使得所述微带漏波天线具有更广的扫描范围以及更大的辐射频率。

附图说明

图1为本申请一个实施例中微带漏波天线的结构分层图；

图2为本申请一个实施例中微带漏波天线的俯视图；

图3为本申请一个实施例中微带漏波天线的仰视图；

图4为本申请一个实施例中微带漏波天线的辐射方向曲线图；

图5为本申请一个实施例中微带漏波天线的辐射效率折线图。

符号说明：

微带漏波天线 100

介质板 110

第一表面 112

第二表面 114

金属辐射体 120

周期单元 121

条状金属带 1211

椭圆形金属片 1212

金属地板 140

条状开槽口 141

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的微带漏波天线的周期单元以及微带漏波天线进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

请参见图1，本申请提供一个微带漏波天线100，包括介质板110、金属辐射体120以及金属地板140。

所述介质板110包括第一表面112和与所述第一表面112相对设置的第二表面114。所述金属辐射体120设置于所述介质板110的第一表面112。所述金属辐射体120包括多个周期单元121。所述多个周期单元121周期性平行排列。所述金属地板140覆盖所述介质板110的第二表面114。所述金属地板140与所述介质板110形状相同。所述金属地板140周期性开设有多个条状开槽口141。所述多个条状开槽口141的长度方向与所述金属辐射体120的周期性延伸方向垂直。所述多个条状开槽口141的中心都位于同一条直线上。所述多个条状开槽口141的周期与所述金属辐射体120的周期相同。

所述介质板110，可以为任意形状，例如正方形、长方形等。在一个实施例中，所述介质板110为长方形。所述介质板110可以为任意高频板材料。在一个实施例中，所述介质板110为罗杰丝型号为RT5880的高频板材料。

所述金属辐射体120，材料可以为任意金属。在一个实施例中，所述金属辐射体120的材料为铜。所述金属辐射体120可以采用任意方法制备到所述介质板110上。在一个实施例中，所述金属辐射体120采用电路板印刷的方式印制。所述金属辐射体120的周期单元121可以为任意形状，例如条状、波浪状等。在一个实施例中，所述金属辐射体120的周期单元121包括条状金属带1211和椭圆形金属片1212。所述椭圆形金属片1212为椭圆形。所述椭圆形金属片也可以由其他形状的金属片替代，例如圆形金属片、方形金属片等。所述椭圆形金属片1212的中心可以位于所述条状金属带1211上的任意位置。在一个实施例中，所述椭圆形金属片1212的中心与所述条状金属带1211的中心重合，且所述椭圆形金属片1212的长轴与所述条状金属带1211沿其长度方向上的对称轴位于同一条直线上。所述条状金属带1211的长度方向与所述金属辐射体120的周期性延伸方向相同。所述条状金属带1211的宽度小于所述椭圆形金属片1212 短轴的长度。在一个实施例中，所述介质板110为长方形。所述条状金属带1211 沿其长度方向的对称轴与所述介质板110沿其长度方向的一个对称轴位于同一条直线上。所述微带漏波天线100中所述金属辐射体120的周期长度与所述微带漏波天线100的主波束的扫描角度相关，相关公式如下：

其中k₀为空气中波数，β₀为调制前传输线(馈线)的波数，c₀为光速，d 为所述金属辐射体120的周期长度，f为扫描频率。

所述金属地板140材料可以为任意金属。在一个实施例中，所述金属地板 140的材料为铜。所述金属地板140可以采用任意方法制备到所述介质板110上。在一个实施例中，所述金属地板140采用电路板印刷的方式印制。所述多个条状开槽口141的中心所在的直线与所述椭圆形金属片1212长轴所在的直线平行。在一个实施例中，所述金属地板140上周期性开设的多个条状开槽口141的中心所在直线与所述椭圆形金属片1212长轴所在的直线之间的距离等于所述介质板110的厚度。所述多个条状开槽口141的两端可以都位于两条相互对称的周期性曲线上。所述两条相互对称的周期性曲线可以为任意曲线，例如正弦曲线、余弦曲线等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口141的两端都位于两条正弦曲线上，所述两条正弦曲线具有相同的周期、振幅和原点，且所述两条正弦曲线的初相位相差180度。所述椭圆形金属片1212的短轴长度可以大于所述两条正弦曲线的振幅的两倍。在一个实施例中，所述椭圆形金属片1212的短轴长度小于所述两条正弦曲线的振幅的两倍。所述多个条状开槽口141之间的距离可以不相等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口141等间距平行排列。所述多个条状开槽口141的宽度可以不相等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口141的宽度都相等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口141的间距等于所述多个条状开槽口141宽度的两倍。所述多个条状开槽口141的中心可以位于其所在直线上的任意位置。在一个实施例中，所述金属地板140中所述多个条状开槽口141在每一个周期中以所述椭圆形金属片1212的短轴所在的直线为对称轴对称设置。所述两条正弦曲线的原点可以位于所述多个条状开槽口141 的中心所在的直线上的任意位置。在一个实施例中，所述两条正弦曲线的原点与所述金属辐射体120一端的中点的距离等于所述介质板110的厚度。所述两条正弦曲线的初相位可以为0度～360度中的任意值。在一个实施例中，所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。在一个实施例中，所述介质板110 为长方形。所述条状金属带1211沿其长度方向的对称轴与所述介质板110沿其长度方向的一个对称轴位于同一条直线上。在一个实施例中，所述介质板110 为长方形。所述两条正弦曲线的原点位于所述介质板110一个短边的中点上。所述两条正弦曲线振幅的两倍小于所述介质板110短边的长度。且所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。

在一个具体实施例中，所述介质板110为长方形。所述介质板110的长边长度为200mm。所述介质板110为罗杰丝介质板，型号为RT5880。所述介质板 110的厚度为0.5mm。所述介质板110的介电常数为2.2。所述介质板110的损耗正切角为0.0009。所述椭圆形金属片1212的中心与所述条状金属带1211的中心重合，且所述椭圆形金属片1212的长轴与所述条状金属带1211沿其长度方向上的对称轴位于同一条直线上。所述条状金属带1211沿其长度方向的对称轴与所述介质板110沿其长度方向的一个对称轴位于同一条直线上。所述椭圆形金属片1212的长轴长度为7.2mm。所述椭圆形金属片1212的短轴长度为5.7mm。所述条状金属带1211的长度等于20mm。所述条状金属带1211的宽度等于1.43mm。所述金属地板140上周期性开设的多个条状开槽口141的中心所在直线与所述椭圆形金属片1212长轴所在的直线之间的距离等于所述介质板110的厚度。所述多个条状开槽口141的两端都位于两条正弦曲线上。所述两条正弦曲线具有相同的周期、振幅和原点。所述两条正弦曲线的原点位于所述介质板110一个短边的中点上，所述两条正弦曲线振幅的两倍小于所述介质板110短边的长度，所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。所述金属地板140开设80个条状开槽口141。所述80个条状开槽口141的宽度相等。所述80个条状开槽口 141的宽度为1mm。所述80个条状开槽口141等间距平行排列。所述80个条状开槽口141的间距为2mm。所述80个条状开槽口141中8个相邻的条状开槽口为一个周期。所述80个条状开槽口141以所述介质板110平行于其短边的一个对称轴为对称轴对称设置。每一个周期中的所述8个条状开槽口141的长度依次为3.13mm、6.25mm、9.38mm、13.75mm、13.75mm、9.38mm、6.25mm和3.13mm。

所述微带漏波天线100可以包含任意多个周期。通常，所述微带漏波天线的周期数量越多，所述微带漏波天线100的辐射效率越高。但是，所述微带漏波天线100的周期数量越多，所花费的材料成本越高，且会占用太多空间导致不便使用。在一个实施例中，所述微带漏波天线100有10个周期。

请参见图3，在一个实施例中，所述微带漏波天线100可以实现从248度至 98度的波束扫描角度，频率变化范围为4.5GHz-7.5GHz。扫描角度范围可以达到150度，实现了提高扫描角度范围的目的。

请参见图4，在本实施例中，所述微带漏波天线100在4.5GHz-7.5GHz这一频率范围内，辐射效率可达75％-90％，实现了提高辐射效率的目的。

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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种微带漏波天线(100)，其特征在于，包括：

介质板(110)，包括第一表面(112)和与所述第一表面(112)相对设置的第二表面(114)；

金属辐射体(120)，设置于所述介质板(110)的第一表面(112)，包括多个周期单元(121)，所述多个周期单元(121)周期性平行排列；以及

金属地板(140)，覆盖所述介质板(110)的第二表面(114)，与所述介质板(110)形状相同，所述金属地板(140)周期性开设有多个条状开槽口(141)，所述多个条状开槽口(141)的长度方向与所述金属辐射体(120)的周期性延伸方向垂直，且所述多个条状开槽口(141)的中心都位于同一条直线上，所述多个条状开槽口(141)的周期与所述金属辐射体(120)的周期相同。

2.根据权利要求1所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述金属辐射体(120)的周期单元(121)包括条状金属带(1211)和椭圆形金属片(1212)，所述椭圆形金属片(1212)的中心与所述条状金属带(1211)的中心重合，且所述椭圆形金属片(1212)的长轴与所述条状金属带(1211)沿其长度方向上的对称轴位于同一条直线上，所述条状金属带(1211)的长度方向与所述金属辐射体(120)的周期性延伸方向相同，所述条状金属带(1211)的宽度小于所述椭圆形金属片(1212)短轴的长度。

3.根据权利要求2所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述金属地板(140)上周期性开设的多个条状开槽口(141)的中心所在直线与所述椭圆形金属片(1212)长轴所在的直线之间的距离等于所述介质板(110)的厚度，且所述多个条状开槽口(141)的两端都位于两条正弦曲线上，所述两条正弦曲线具有相同的周期、振幅和原点，且所述两条正弦曲线的初相位相差180度。

4.根据权利要求3所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述椭圆形金属片(1212)的短轴长度小于所述两条正弦曲线的振幅的两倍。

5.根据权利要求3所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述多个条状开槽口(141)等间距平行排列，且所述多个条状开槽口(141)的宽度都相等，所述多个条状开槽口(141)的间距等于所述多个条状开槽口(141)宽度的两倍。

6.根据权利要求5所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述金属地板(140)中所述多个条状开槽口(141)在每一个周期中以所述椭圆形金属片(1212)的短轴所在的直线为对称轴对称设置。

7.根据权利要求6所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述两条正弦曲线的原点与所述金属辐射体(120)一端的中点的距离等于所述介质板(110)的厚度，且所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。

8.根据权利要求3或7所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述介质板(110)为长方形。

9.根据权利要求8所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述条状金属带(1211)沿其长度方向的对称轴与所述介质板(110)沿其长度方向的一个对称轴位于同一条直线上。

10.根据权利要求9所述的微带漏波天线(100)，其特征在于，所述两条正弦曲线的原点位于所述介质板(110)一个短边的中点上，所述两条正弦曲线振幅的两倍小于所述介质板(110)短边的长度，所述两条正弦曲线的初相位分别为0度和180度。