一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线

本发明涉及天线，具体涉及一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线。

背景技术：

1、近年来，随着无线通信的飞速发展，人们的生活和国防科技日益现代化，对天线的要求也越来越高。漏波天线自上个世纪四十年代被提出以来，以其独特的辐射特性和优良的波束扫描能力，一直以来都是学者们研究的热点。近几年关于漏波天线的研究越来越多，各种形式的漏波天线层出不穷，比如基片集成波导漏波天线、共面波导漏波天线以及介质波导漏波天线等，其中都是以平面漏波天线为主。平面漏波天线以其低剖面、馈电简单、利于集成等优点，在微波通信系统中有着非常大的优势和发展前景，使用非常广泛。

2、漏波天线(leaky-wave antenna,lwa)作为一种传统的行波天线，通常具有高增益、低剖面、馈电系统简便且成本低廉的优点，自w.w.hansen于上世纪40年代提出以来，一直是天线领域研究的热点。通常而言按照传输结构可以将漏波天线划分为两大类：一类是封闭式的金属波导结构，如矩形波导、圆波导、脊波导以及间隙波导等；另一类则是开放式的平面导行结构，如微带传输线、共面波导、基片集成波导以及人工表面等离子体激元传输线等。得益于其形式的多样性、优良的辐射特性和出色的频率扫描能力，漏波天线在各种场景中都得到了广泛应用。

3、然而传统的漏波天线是频率波束扫描天线，在如今频谱资源如此紧张的环境下，频率波束扫描天线的使用场景非常有限。为了解决这一问题，对定频波束扫描的漏波天线进行研究是十分有必要的。相控阵天线作为一种典型的定频波束扫描天线，在现在国防科技以及民用设备中使用的非常广泛，但是其缺点是馈电网络复杂，需要大量的移相器等元件，这就必然导致相控阵天线的成本很高，并且体积很大。而定频波束扫描的平面漏波天线因其自身的特性不需要移相器结构，极大地节约了成本，缩小了天线的体积。

4、目前实现定频波束扫描的漏波天线的方法通常是在天线单元中加入pin二极管或者变容二极管等电控元件，基于二极管的定频扫描漏波天线有着电磁性能稳定、成本低等优势，但是其最主要的缺点是使用的频段不高，不能较好地运用在毫米波段乃至更高频段。为了实现漏波天线在毫米波段的定频波束扫描，引入了液晶材料。液晶材料目前广泛运用于光学显示领域，由于液晶材料的介电常数可以通过外加电场或者磁场动态连续改变，而介电常数的变化能够影响到微波器件诸多的电磁特性，实现对电磁波的有效调控，所以近些年来液晶材料逐渐被引入到微波器件的设计当中，比如液晶相控阵天线、液晶反射阵天线、液晶频率可重构天线、液晶滤波器等。液晶材料与其他电控材料相比，其运用范围可以从ku波段一直到光学频段，并且随着频段变高插入损耗就更低，是一种在高频微波器件设计中极具潜力的材料，而国内对于液晶天线的关注和研究相对比较少，对于基于液晶的波束扫描漏波天线的课题研究十分有必要。

5、因此，如何提供一种随着频段变高插入损耗更低漏波天线，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为实现本发明目的提供的一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，包括：天线单元；

2、所述天线单元包括接地板，所述接地板上方设置有介质基板，所述介质基板上方设置有微带线，所述微带线上方设置有液晶层，所述天线单元两侧分别设置有波端口；

3、所述微带线为带有刻蚀的开口谐振环结构的传输线，所述开口谐振环结构由两个圆心相同且开口背对的金属环组成；

4、所述液晶层采用向列型液晶，且完全覆盖于所述微带线的开口谐振环结构。

5、在其中一些具体实施例中，所述波端口一个为输入端口，另一个为输出端口。

6、在其中一些具体实施例中，所述接地板与所述介质基板的接触面的面积相同且完全重合。

7、在其中一些具体实施例中，所述接地板采用铜材质，厚度为0-0.1mm，用于作为接地面。

8、在其中一些具体实施例中，所述微带线的宽度与所述介质基板的宽度相同长度短于所述介质基板的长度。

9、在其中一些具体实施例中，所述微带线采用铜材质，厚度为0.1-1μm。

10、在其中一些具体实施例中，所述开口谐振环结构的谐振频率为：

11、

12、式中，cr为内外环之间的空隙总电容，cs为开口谐振环左右两边的空隙电容串联电容，lr为内外环的平均边长和平均宽度。

13、在其中一些具体实施例中，所述液晶层的厚度为0.1-1mm。

14、在其中一些具体实施例中，所述介质基板采用rogers4003板材，厚度为1-1.5mm，相对介电常数为3-4，损耗正切角为0.0027。

15、在其中一些具体实施例中，包括多个所述天线单元，多个所述天线单元沿所述介质基板的短边方向并列排布并在两侧分别设置有波端口以构成周期阵列天线。

16、上述技术方案的有益效果：

17、本申请提出的一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线具有低剖面、小体积的优势，还具有优良的阻抗匹配效果，且具备宽角度扫描范围和高增益优势，具有可重构特性，高频段工作特性，多波束扫描优势。

技术特征：

1.一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述波端口一个为输入端口，另一个为输出端口。

3.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述接地板与所述介质基板的接触面的面积相同且完全重合。

4.根据权利要求3所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述接地板采用铜材质，厚度为0-0.1mm，用于作为接地面。

5.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述微带线的宽度与所述介质基板的宽度相同长度短于所述介质基板的长度。

6.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述微带线采用铜材质，厚度为0.1-1μm。

7.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述开口谐振环结构的谐振频率为：

8.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述液晶层的厚度为0.1-1mm。

9.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，所述介质基板采用rogers4003板材，厚度为1-1.5mm，相对介电常数为3-4，损耗正切角为0.0027。

10.根据权利要求1所述的基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，其特征在于，包括多个所述天线单元，多个所述天线单元沿所述介质基板的短边方向并列排布并在两侧分别设置有波端口以构成周期阵列天线。

技术总结
本发明涉及天线技术领域，具体公开了一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线，包括：天线单元，天线单元包括接地板，接地板上方设置有介质基板，介质基板上方设置有微带线，微带线上方设置有液晶层，天线单元两侧分别设置有波端口；微带线为带有刻蚀的开口谐振环结构的传输线，开口谐振环结构由两个圆心相同且开口背对的金属环组成；液晶层采用向列型液晶，且完全覆盖于微带线的开口谐振环结构。本申请提出的一种基于液晶的毫米波段可重构漏波天线具有低剖面、小体积的优势，还具有优良的阻抗匹配效果，且具备宽角度扫描范围和高增益优势，具有可重构特性，高频段工作特性，多波束扫描优势。

技术研发人员：侯顺虎,范有臣,方胜良,徐照菁,马昭,王孟涛,冯俊豪
受保护的技术使用者：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15