一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法与流程

本发明涉及无线电领域，更具体地，涉及一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法。

背景技术：

由于漏波天线具有频率扫描功能，因此广泛的应用于共形天线，高分辨率雷达和卫星通信中。与谐振天线不同，当漏波天线工作在泄露波频带中时，天线功率会沿其长边以空间波的形式辐射出去。常见的漏波天线为一维周期贴片结构，其辐射波束具有在同一平面上进行频率扫描的能力。常见的二维漏波天线有牛眼型、放射型、金属阵列型等。常见的一维漏波天线辐射传播常数或者天线辐射分析方法有：本征模式法、横向腔膜法、解卷积法、单元胞法、宏元胞法，以及用于二维漏波天线的互易性谱域周期法、周期性谱域阻抗法、全波分析法等。但是目前现有的二维正交漏波天线的传播常数计算复杂，通用性不光，不简便。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有的二维正交漏波天线的传播常数计算复杂，通用性不广以及不简便的缺陷，提出一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，包括以下步骤：

s1：使用原用于一维周期漏波天线的宏元胞法，对其计算参数重新优化，得到应用于二维正交贴片结构的改进宏元胞法；

s2：通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数；

s3：通过所述测得的散射参数，计算得到各个角度的传播常数。

优选的是，所述二维正交贴片结构包括正交金属贴片辐射体、金属地板和馈电接头。

优选的是，所述通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数包括通过位于天线中心和天线边缘的双端口获得天线的散射参数，包括s11、s12、s21、s22的实部值以及虚部值。

优选的是，所述计算参数重新优化包括对计算参数中的周期单元间距和周期单元个数进行重新等效计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，在基本计算方法不变的情况下，通过对应天线不同角度的特定操作以及优化各个角度上的结构参数，得到宏元胞法在二维正交漏波天线上的应用的实际公式方法，能精确得到天线各个角度上的传播常数曲线，通过多个角度的曲线，能得到目标天线的完整传播特性。

附图说明

图1为本发明的步骤示意图；

图2为本发明的二维正交贴片漏波天线的基本示意图，其中(1)为任意周期贴片结构，(2)为周期之间的正交耦合；

图3为本发明的二维正交贴片漏波天线的基本结构图；

图4为本发明的二维正交贴片漏波天线的俯视图，其中(3)为正交结构的金属贴片，(4)为天线的介质基板；

图5为本发明的二维正交贴片漏波天线的侧视图，其中(5)为天线金属地板，(6)为同轴馈电头；

图6为本发明所述在天线所求角度的中心和边缘分别设置同轴双端口的示意图；

图7为采用仿真s11结果计算的宏元胞法和仿真结果对比图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，请参考图1，包括以下步骤：

s1：使用原用于一维周期漏波天线的宏元胞法，对其计算参数重新优化，得到应用于二维正交贴片结构的改进宏元胞法；

s2：通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数；

s3：通过所述测得的散射参数，计算得到各个角度的传播常数。

本实施例中，所述二维正交贴片结构包括正交金属贴片辐射体3、金属地板5和馈电接头6，请参考图2～5。

本实施例中，所述通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数包括通过位于天线中心和天线边缘的双端口获得天线的散射参数，包括s11、s12、s21、s22的实部值以及虚部值，请参考图6。

本实施例中，所述计算参数重新优化包括对计算参数中的周期单元间距和周期单元个数进行重新等效计算。

本实施例中，根据floquet定理和宏元胞法，对于一维周期漏波天线的宏元胞法计算的n次谐波的传播常数(波数)为：

其中kzn为n次谐波的传播常数(波数)、λn,n双端口之间传输矩阵(t矩阵)的特征值、n为周期单元数、p为周期单元间距、m为双端口之间的相位差。

将该计算公式优化为：

其中p′为优化后的周期单元间距，p′的定义如下：

根据不同角度，分别在该角度的中心和边缘分别设置两个端口，如图6所示，分别使用hfss仿真或者通过网络分析仪直接得到天线各个角度上的散射参数矩阵，将散射参数映射为传输矩阵并进行宏元胞法的计算，得到相应的传播常数曲线，多个角度曲线综合，即可得到天线完整的传播特性，由图7可得到本方法有效可行。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：使用原用于一维周期漏波天线的宏元胞法，对其计算参数重新优化，得到应用于二维正交贴片结构的改进宏元胞法；

s2：通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数；

s3：通过所述测得的散射参数，计算得到各个角度的传播常数。

2.根据权利要求1所述的一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，其特征在于，所述二维正交贴片结构包括正交金属贴片辐射体(3)、金属地板(4)和馈电接头(6)。

3.根据权利要求1所述的一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，其特征在于，所述通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数包括通过位于天线中心和天线边缘的双端口获得天线的散射参数，包括s11、s12、s21、s22的实部值以及虚部值。

4.根据权利要求1所述的一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，其特征在于，所述计算参数重新优化包括对计算参数中的周期单元间距和周期单元个数进行重新等效计算。

技术总结
本发明公开了一种应用于二维正交结构的漏波天线的传播常数的计算方法，通过使用原用于一维周期漏波天线的宏元胞法，对其计算参数重新优化，得到应用于二维正交贴片结构的改进宏元胞法；然后通过双端口测量所述二维正交贴片漏波天线各个角度的散射参数；最后通过所述测得的散射参数，计算得到各个角度的传播常数，能精确得到天线各个角度上的传播常数曲线，通过多个角度的曲线，能得到目标天线的完整传播特性。

技术研发人员：曾祥家;李元新;龙云亮
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2020.02.20
技术公布日：2020.07.10