基于耦合线左右手复合传输线的频扫天线阵设计解析.doc
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1、基于耦合线左右手复合传输线的频扫天线阵设计解析1.简介左手材料(Left-Hand Material)也被称为双负媒质或者负折射率物质,是一类在一定的频段下同时具有负的介电常数和负的磁导率的材料。左手材料的思想最早由前苏联人V.G.Veselago提出,电磁波在左手材料中传播时,电场、磁场和波矢量满足左手螺旋关系,同时相速度与能流方向相反。随着近年研究的深入,左手材料发展迅速,在很多领域得到应用。2002年,UCLA的Itoh教授等人提出了左右手复合传输线(CRLH TL)理论,利用微波元件制成人工的左右手复合传输线。这种结构具有较低的插入损耗和较宽的带宽,并具有相位超前等特性,在工程中有很大
2、的应用前景。相控阵雷达是雷达技术发展一个极为重要的方向,而频扫天线技术是相控阵雷达技术最为关键的部分之一。常规的频扫天线多采用慢波结构提供相位变化进行扫描,但是微带线损耗较大,很大的影响了天线的增益。已有的研究证明,利用左右手复合传输线代替慢波线实现串行功分器具有带宽宽、体积小、插入损耗小的优点。但是常规的利用交指电容结构的左右手复合传输线,交指电容值很难做大,限制了这种传输线在低频部分的使用。2009年,Amr M. E. Safwat提出了一种基于微带耦合线的左右手复合传输线(CL-CRLH TL),这种传输线具有更宽的频率范围,能够提供更多的相位超前,损耗更小,结构简单易于实现。本文提出
3、一种新型频扫天线阵列,利用耦合线左右手复合传输线构成串行馈电网络,可以扩展天线阵的频带范围,降低损耗、提高天线阵的增益,并且具有很大的角度扫描范围。天线阵各阵元采用非均匀馈电方式,可以降低天线的旁瓣电平。本文设计的八元频扫天线阵列,在工作频带内扫描角度可达到-4010,增益14dB,旁瓣电平低于-20dB。2.频扫天线阵设计2.1 耦合线左右手复合传输线设计耦合线左右手复合传输线单元结构如图1所示5,是将耦合微带线的两个端口短路变形后得到,将图1所示的单元结构周期连接即可形成左右手复合传输线。本设计中将七个单元结构周期连接,并与一段微带线相连构成左右手复合传输线,如图2所示。介质基板介电常数为
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