CN208923366U - 一种周期性漏波天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种周期性漏波天线，周期性漏波天线包括介质板、金属结构和可变电容，金属结构设置于介质板上；金属结构包括人工表面等离激元结构、分别位于人工表面等离激元结构两端的平面共面波导以及连接人工表面等离激元结构与平面共面波导的转接结构；人工表面等离激元结构包括沿人工表面等离激元结构长度方向周期性排列的周期调制结构，每个周期调制结构包括多个人工表面等离激元单元，人工表面等离激元单元的至少一侧边开有第一凹槽，可变电容的两端分别与第一凹槽的两侧壁电连接。当周期性漏波天线的工作频率变化时，调节可变电容的容值，即可使周期性漏波天线的主波束方向基本维持不变，也即增大了工作带宽，适用范围更广。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及天线技术，尤其涉及一种周期性漏波天线。
背景技术
随着移动通信行业的日益发展，民用频谱资源在逐渐增加，从而引发业界对宽带天线的强烈需求。针对在一定带宽下能量定向辐射的应用场景，需要寻求一种改变漏波天线随频率扫描的特性的方法，即实现频率扫描时主波束角度固定不变，从而达到增加天线带宽的目的。
现有技术中为了增加天线带宽，通常采用改变天线物理结构的方法，然而通过改变天线物理结构的方法应用场景有限，且成本较高。
实用新型内容
本实用新型提供一种周期性漏波天线，以在一定工作频率范围内，实现对天线扫描角度的定向控制，增加天线带宽。
本实用新型实施例提供了一种周期性漏波天线，所述周期性漏波天线包括介质板、金属结构和可变电容，所述金属结构设置于所述介质板上；
所述金属结构包括人工表面等离激元结构、分别位于所述人工表面等离激元结构两端的平面共面波导以及连接所述人工表面等离激元结构与所述平面共面波导的转接结构；
所述人工表面等离激元结构包括沿所述人工表面等离激元结构长度方向周期性排列的周期调制结构，每个所述周期调制结构包括多个人工表面等离激元单元，所述人工表面等离激元单元的至少一侧边开有第一凹槽，所述可变电容的两端分别与所述第一凹槽的两侧壁电连接。
可选的，所述人工表面等离激元单元的双侧边均开有所述第一凹槽，每个所述人工表面等离激元单元的两个第一凹槽呈镜像对称。
可选的，每个所述周期调制结构沿所述人工表面等离激元结构的长度方向及所述人工表面等离激元结构宽度方向均对称。
可选的，所述周期调制结构还包括位于其中心处的使所述人工表面等离激元结构工作在快波模式的方块形调制结构。
可选的，所述人工表面等离激元结构包括12个周期调制结构，每个所述周期调制结构包括两个相连的第一人工表面等离激元单元和位于所述第一人工表面等离激元单元两端的两个第二人工表面等离激元单元，所述方块形调制结构的四个边分别作为所述第一人工表面等离激元单元的第一凹槽的底边。
可选的，所述第一人工表面等离激元单元的第一凹槽为梯形凹槽，所述第二人工表面等离激元单元的第一凹槽为矩形凹槽。
可选的，所述人工表面等离激元单元的宽度均为2.825毫米，长度均为10毫米；
所述矩形凹槽的槽深均为4.5毫米，槽宽均为1.13毫米；
所述梯形凹槽的上底均为2.7毫米，下底均为3.305毫米，槽宽均为1.13毫米。
可选的，所述介质板的厚度为0.5mm，介电常数为2.65，损耗正切角为0.001。
可选的，所述转接结构的至少一侧边开有第二凹槽，且所述第二凹槽与所述第一凹槽位于同侧边，所述第二凹槽在所述人工表面等离激元结构长度方向上周期性排列，且在靠近所述人工表面等离激元结构的方向上所述第二凹槽的槽深逐渐增大。
可选的，所述转接结构的一侧边开有8个所述第二凹槽，所述第二凹槽的槽深由小到大分别为：0.58毫米、0.94毫米、1.36毫米、1.82毫米、2.33毫米、2.87毫米、3.44毫米和4.05毫米。
本实施例的技术方案，通过采用由介质板、金属结构和可变电容组成的周期性漏波天线，其中，可变电容设置于人工表面等离激元单元的第一凹槽上，当周期性漏波天线的工作频率变化时，调节可变电容的容值，即可使周期性漏波天线的主波束方向基本维持不变，也即增大了周期性漏波天线的工作带宽，达到了使周期性漏波天线适用范围更广的效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线的结构示意图；
图2为图1中沿A1-A2方向的剖视图；
图3为本实用新型实施例提供的又一种周期性漏波天线的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线周期调制结构的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线辐射方向结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例
图1为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线的结构示意图，图2为图1中沿A1-A2方向的剖视图，参考图1和图2，周期性漏波天线包括介质板101，金属结构102和可变电容103；
金属结构102包括人工表面等离激元结构1021，分别位于人工表面等离激元结构两端的平面共面波导1022以及连接人工表面等离激元结构1021与平面共面波导的转接结构1023；
人工表面等离激元结构包括沿人工表面等离激元结构1021长度方向周期性排列的周期调制结构1024，每个周期调制结构1024包括多个人工表面等离激元单元，人工表面等离激元单元的至少一侧开有第一凹槽，可变电容103的两端分别与第一凹槽的两侧壁电连接。
示例性的，参考图1，人工表面等离激元结构1021包括多个周期调制结构1024，周期调制结构1024包括两个人工表面等离激元单元1025，每个人工表面等离激元单元1025的第一凹槽内均设置有可变电容103。
可变电容可采用变容二极管，其容值根据变容二极管两端加载的电压而变化，当周期性漏波天线工作时，平面共面波导1022和转接结构1023将待发射信号馈入人工表面等离激元结构1021，通过调节可变电容103的容值，可改变人工表面等离激元单元1025的第一凹槽的等效槽深，在人工表面等离激元单元结构上加载电容可以改变其色散特性，从电气性能角度来看，额外加载电容的效果可以等效成改变其物理尺寸，也即可等效为天线的物理结构发生变化，从而使周期性漏波天线的工作频率变化时，周期性漏波天线的主波束方向基本不变，也即实现了对主波束方向的角度补偿。需要注意的是，每个周期调制结构1024中可变电容103调节后的电容值均一一对应相同，即周期性漏波天线的可变电容调节完成前后，人工表面等离激元结构1021包含相同数量的周期调制结构1024。
本实施例的技术方案，通过采用由介质板、金属结构和可变电容组成的周期性漏波天线，其中，可变电容设置于人工表面等离激元单元的第一凹槽上，当周期性漏波天线的工作频率变化时，调节可变电容的容值，即可使周期性漏波天线的主波束方向基本维持不变，也即增大了周期性漏波天线的工作带宽，达到了使周期性漏波天线适用范围更广的效果。
第一凹槽可只存在于人工表面等离激元单元的一侧上，即只在人工表面等离激元单元的一侧开设第一凹槽，也可在人工表面等离激元单元的两侧均开设第一凹槽。
可选的，继续参考图1，人工表面等离激元单元1025的双侧边均开有第一凹槽，每个人工表面等离激元单元的第一凹槽呈镜像对称。
具体的，人工表面等离激元单元1025为H型人工表面等离激元单元，其上下两个凹槽内均设置有可变电容103，也即每一个周期调制结构1024均设置有四个可变电容103，周期性漏波天线工作时，周期调制结构1024内的四个可变电容103可调节为相同的电容值，也可调节为不同的电容值，而每个周期调制结构1024的可变电容一一对应相同；由于可变电容103的数量增多，也即增加了周期性漏波天线周期调制结构1024的调节自由度，进一步扩大了周期性漏波天线的工作带宽。
本实施例的技术方案，通过在人工表面等离激元单元的双侧边均开设第一凹槽，并在每个凹槽内均设置可变电容，增加了周期调制结构的调节自由度，进一步增加了周期性漏波天线的工作带宽。
继续参考图1，每个周期调制结构1024沿人工表面等离激元结构1021长度方向x及人工表面等离激元结构1021宽度方向y均对称。
为了减少周期性漏波天线的制作成本，同时便于对周期性漏波天线的主波束方向图进行计算以确定需要调节的可变电容值，可将周期调制结构1024设置为沿人工表面等离激元结构1021长度方向及人工表面等离激元结构宽度方向1021均对称的结构。
本实施例的技术方案，通过将周期调制结构设置为沿人工表面等离激元结构长度方向及人工表面等离激元结构宽度方向均对称的结构，更方便于制作，降低了周期性漏波天线的制作成本。
图3为本实用新型实施例提供的又一种周期性漏波天线的结构示意图，参考图3，周期调制结构1024还包括位于其中心处的使人工表面等离激元结构1021工作在快波模式的方块形调制结构。图3中未示出设置于人工表面等离激元单元的第一凹槽间的可变电容。
图4为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线周期调制结构的结构示意图，其对应于图3中所示的周期性漏波天线，参考图4，其中心处的方块结构与周期调制结构为一体结构，可使待发射信号工作于快波模式。
本实施例的技术方案，通过在周期调制结构的中心加载方块结构，更加利于能量的辐射。
继续参考图3和图4，人工表面等离激元结构1021包括12个周期调制结构，每个周期调制结构包括两个相连的第一人工表面等离激元单元301和位于第一人工表面等离激元单元301两端的两个第二人工表面等离激元单元302，方块形调制结构的四个边分别作为第一人工表面等离激元单元301的第一凹槽的底边。
每个周期调制结构均由第二人工表面等离激元单元302、第一人工表面等离激元单元301、镜像设置的第一人工表面等离激元单元301和第二人工表面等离激元单元302依次相接组成。
本实施例的技术方案，通过设置12个周期调制结构，并且每个周期调制结构均由两个第一人工表面等离激元单元和两个第二人工表面等离激元单元组成，使周期漏波天线更加实用。
继续参考图4，第一人工表面等离激元单元301的第一凹槽为梯形凹槽，第二人工表面等离激元单元302的第一凹槽为矩形凹槽。
人工表面等离激元单元的宽度s均为2.825毫米，长度w均为10毫米；
矩形凹槽的槽深h均为4.5毫米，槽宽a均为1.13毫米；
梯形凹槽的上底c均为2.7毫米，下底b均为3.305毫米，槽宽均为1.13毫米。
介质板的厚度为0.5mm，介电常数为2.65，损耗正切角为0.001，介质板可采用F4B型板材。
转接结构的至少一侧边开有第二凹槽，且第二凹槽与第一凹槽位于同侧边，第二凹槽在人工表面等离激元结构长度方向上周期性排列，且在靠近人工表面等离激元结构的方向上第二凹槽的槽深逐渐增大。
转接结构的一侧边开有8个所述第二凹槽，第二凹槽的槽深由小到大分别为：0.58毫米、0.94毫米、1.36毫米、1.82毫米、2.33毫米、2.87毫米、3.44毫米和4.05毫米。
参考图5，图5为本实用新型实施例提供的一种周期性漏波天线辐射方向结果图，通过采用上述参数设置，当加载的可变电容从0逐渐变化到40fF时，周期性漏波天线的扫描角度固定在60度(120度为对称辐射角)，而此时周期性漏波天线的工作频率变化范围为7.45GHz-9.3GHz。
本实施例的技术方案，通过设置周期漏波天线的各项参数值，实现了周期性漏波天线工作频率变化时，对辐射主波束方向的针对性补偿，具有更加实用的效果。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种周期性漏波天线，其特征在于，所述周期性漏波天线包括介质板、金属结构和可变电容，所述金属结构设置于所述介质板上；
所述金属结构包括人工表面等离激元结构、分别位于所述人工表面等离激元结构两端的平面共面波导以及连接所述人工表面等离激元结构与所述平面共面波导的转接结构；
所述人工表面等离激元结构包括沿所述人工表面等离激元结构长度方向周期性排列的周期调制结构，每个所述周期调制结构包括多个人工表面等离激元单元，所述人工表面等离激元单元的至少一侧边开有第一凹槽，所述可变电容的两端分别与所述第一凹槽的两侧壁电连接。
2.根据权利要求1所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述人工表面等离激元单元的双侧边均开有所述第一凹槽，每个所述人工表面等离激元单元的两个第一凹槽呈镜像对称。
3.根据权利要求2所述的周期性漏波天线，其特征在于，每个所述周期调制结构沿所述人工表面等离激元结构的长度方向及所述人工表面等离激元结构宽度方向均对称。
4.根据权利要求3所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述周期调制结构还包括位于其中心处的使所述人工表面等离激元结构工作在快波模式的方块形调制结构。
5.根据权利要求4所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述人工表面等离激元结构包括12个周期调制结构，每个所述周期调制结构包括两个相连的第一人工表面等离激元单元和位于所述第一人工表面等离激元单元两端的两个第二人工表面等离激元单元，所述方块形调制结构的四个边分别作为所述第一人工表面等离激元单元的第一凹槽的底边。
6.根据权利要求5所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述第一人工表面等离激元单元的第一凹槽为梯形凹槽，所述第二人工表面等离激元单元的第一凹槽为矩形凹槽。
7.根据权利要求6所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述人工表面等离激元单元的宽度均为2.825毫米，长度均为10毫米；
所述矩形凹槽的槽深均为4.5毫米，槽宽均为1.13毫米；
所述梯形凹槽的上底均为2.7毫米，下底均为3.305毫米，槽宽均为1.13毫米。
8.根据权利要求1所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述介质板的厚度为0.5mm，介电常数为2.65，损耗正切角为0.001。
9.根据权利要求1所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述转接结构的至少一侧边开有第二凹槽，且所述第二凹槽与所述第一凹槽位于同侧边，所述第二凹槽在所述人工表面等离激元结构长度方向上周期性排列，且在靠近所述人工表面等离激元结构的方向上所述第二凹槽的槽深逐渐增大。
10.根据权利要求9所述的周期性漏波天线，其特征在于，所述转接结构的一侧边开有8个所述第二凹槽，所述第二凹槽的槽深由小到大分别为：0.58毫米、0.94毫米、1.36毫米、1.82毫米、2.33毫米、2.87毫米、3.44毫米和4.05毫米。
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| GR01 | Patent grant | ||
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