，用來(lái)表示表面阻抗作為虛數(shù)的電感特性。中括號(hào)內(nèi)是實(shí) 數(shù)或虛部，X是函數(shù)分布的中值，M是調(diào)制深度，余弦函數(shù)內(nèi)的k是波在空氣中的傳播常數(shù)，nk 是表面波在傳播方向X的傳播常數(shù)，因此n可W理解為表面波在傳播方向上的等效折射率。0 是漏波福射方向和表面法線方向的夾角。
[00%]在更進(jìn)一步的實(shí)施例中采用S角波函數(shù)在一個(gè)周期P =化/址內(nèi)滿足如下形式：
[0030] 運(yùn)里的符號(hào)X，M和上面相同，該S角波函數(shù)值在其它周期內(nèi)取相同變化值。
[0031] 在具體設(shè)計(jì)中，材料選擇為侶材料并鍛銅。材料結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖1。具體尺寸為： w=lmm，d = 3mm，h = 2.0mm~2.9mm，t = 15mm，L=11.5mm，a=12.5mm，b = 0.5mm，t = 15mm?？p 隙處饋電波導(dǎo)橫截面尺寸為13mm X 6mm，長(zhǎng)度任意。中屯、縫隙到兩端各有70個(gè)亞波長(zhǎng)刻槽結(jié) 構(gòu)單元。
[0032] 圖1為天線的局部示意圖，圖2為前視圖，從中可知它是一個(gè)純金屬結(jié)構(gòu)長(zhǎng)方體，其 上表面刻蝕不同深度的亞波長(zhǎng)金屬槽結(jié)構(gòu)，中屯、對(duì)稱位置刻蝕一條上下縷空的縫隙用于饋 電禪合，縫隙下表面端接波導(dǎo)饋電，上表面能量禪合到刻槽結(jié)構(gòu)形成表面波并經(jīng)周期調(diào)制 福射。
[0033] 為了計(jì)算不同槽深的亞波長(zhǎng)刻槽結(jié)構(gòu)單元所對(duì)應(yīng)的等效表面阻抗，在仿真軟件 CST或HFSS使用了本征模求解器計(jì)算色散關(guān)系，最后曲線擬合得到圖4所示的槽深和表面阻 抗的關(guān)系式。并由此確定表面阻抗的余弦分布中的各項(xiàng)值X = 308.552 ,M= 110.38，n = 1.292。其中X對(duì)應(yīng)為表面阻抗范圍的中值，M對(duì)應(yīng)為表面阻抗上下浮動(dòng)變化范圍。等效折射 率
，其中Zo是自由空間中的波阻抗。
[0034] 圖4展示了槽深h和表面阻抗Z的關(guān)系式，橫坐標(biāo)為表面阻抗，單位為虛數(shù)j Q，運(yùn)里 j為純虛數(shù)，Q表示歐姆?？v坐標(biāo)為槽深h，單位為mm表示毫米，單元結(jié)構(gòu)的其他尺寸參見前 面介紹部分。
[0035] 圖5為遠(yuǎn)場(chǎng)E面福射方向圖，依次分別表示為表面阻抗呈余弦分布，=角波函數(shù)分 布和無(wú)刻槽平坦結(jié)構(gòu)在17GHz頻率測(cè)量歸一化結(jié)果。其中一曲線為在17.2G化上測(cè)量表面阻 抗呈余弦分布所得的結(jié)果;其中頻率偏移為加工導(dǎo)致Sll參數(shù)合理偏差?？蒞看到主瓣的波 半寬度約為3度左右，實(shí)現(xiàn)了非常好的高定向性。
[0036] 圖6為遠(yuǎn)場(chǎng)H面福射方向圖，依次分別表示為表面阻抗呈余弦分布，=角波函數(shù)分 布和無(wú)刻槽平坦結(jié)構(gòu)在17GHz頻率測(cè)量歸一化結(jié)果。其中一曲線為在17.2G化上測(cè)量表面阻 抗呈余弦分布所得的結(jié)果;其中頻率偏移為加工導(dǎo)致Sll參數(shù)合理偏差。
[0037] 圖7為參數(shù)Sll，依次分別表示為表面阻抗呈余弦分布，=角波函數(shù)分布和無(wú)刻槽 平坦結(jié)構(gòu)的Sll曲線，其中一曲線為表面阻抗呈余弦分布的結(jié)構(gòu)所測(cè)量得到的Sll曲線，其 中可W看到最小值對(duì)應(yīng)頻率偏移了到17.2G化左右。運(yùn)是加工導(dǎo)致的合理偏差，因此在測(cè)量 圖5，6的方向圖時(shí)，按照該對(duì)應(yīng)值測(cè)量了相應(yīng)頻率的方向圖。
[0038] 為了讓天線實(shí)現(xiàn)高定向性邊射，上式余弦分布公式中我們?nèi)∧?0,而采用=角波 周期函數(shù)時(shí)，只需取相同的周期P =化/nk即可。
[0039] 總之，本發(fā)明在17GHz附近有良好的性能。
[0040] W上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中 的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可W對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，運(yùn) 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于表面阻抗的亞波長(zhǎng)金屬刻槽結(jié)構(gòu)周期漏波天線，其特征在于，包括金屬質(zhì) 結(jié)構(gòu)體，所述金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)體上刻蝕有不同深度的亞波長(zhǎng)金屬槽;金屬槽的深度呈周期變化， 該周期變化滿足其等效的表面阻抗按余弦或三角波周期函數(shù)分布;所述金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)體的中 心刻蝕有上下鏤空的用于饋電耦合的縫隙，該縫隙的下表面端接波導(dǎo)饋電，上表面能量耦 合到金屬槽結(jié)構(gòu)形成表面波并經(jīng)周期調(diào)制輻射。2. 如權(quán)利要求1所述的基于表面阻抗的亞波長(zhǎng)金屬刻槽結(jié)構(gòu)周期漏波天線，其特征在 于，表面阻抗Z(x)為一維X方向的調(diào)制周期函數(shù)，表示： Z(x) = j[X+M cos(nkx)+kx sinB]； 式中，j為虛數(shù)，表示表面阻抗作為虛數(shù)的電感特性，X是函數(shù)分布的中值，Μ是調(diào)制深 度，k為波在空氣中的傳播常數(shù)，η為表面波在傳播方向上的等效折射率，Θ是漏波輻射方向 和表面法線方向的夾角。3. 如權(quán)利要求1所述的基于表面阻抗的亞波長(zhǎng)金屬刻槽結(jié)構(gòu)周期漏波天線，其特征在 于，表面阻抗Ζ(χ)為：式中，p = 2Ji/nk，j為虛數(shù)，表示表面阻抗作為虛數(shù)的電感特性，X是函數(shù)分布的中值，Μ 是調(diào)制深度，k為波在空氣中的傳播常數(shù)，nk是表面波在傳播方向X的傳播常數(shù)，η為表面波 在傳播方向上的等效折射率。4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于表面阻抗的亞波長(zhǎng)金屬刻槽結(jié)構(gòu)周期漏波天線， 其特征在于，所述金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)體為鍍銅的鋁質(zhì)長(zhǎng)方體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于表面阻抗的亞波長(zhǎng)金屬刻槽結(jié)構(gòu)周期漏波天線，包括金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)體，所述金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)體上刻蝕有不同深度的亞波長(zhǎng)金屬槽；金屬槽的深度呈周期變化，該周期變化滿足其等效的表面阻抗按余弦或三角波周期函數(shù)分布。本發(fā)明將表面阻抗的概念用于SSPPs并進(jìn)行周期調(diào)制，在微波段實(shí)現(xiàn)的低剖面高定向性輻射天線后面方向圖中可以看到主瓣的波半寬度約為3度左右，實(shí)現(xiàn)了非常好的高定向性。本發(fā)明性能穩(wěn)定；制作簡(jiǎn)單、工藝成熟、價(jià)格不高、便于推廣；純金屬結(jié)構(gòu)抗壓耐磨；可通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的縮放，適用于微波、毫米波和太赫茲波等不同波段。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q13/20, H01Q1/36
【公開號(hào)】CN105633560
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511016400
【發(fā)明人】崔鐵軍, 蔡本庚
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日