一种大周期新型漏波天线设计

传统周期漏波天线所支持的工作波长与周期间距相比拟，天线设计自由度很有限。基于主模一致性，本文提出一种大周期漏波天线，其基本周期由三个不同的物理单元通过中线一致的原则排列组成，通过设计调整天线尺寸使三个周期单元的波数相同，一致的主模保证了每个单元对电磁波相位延迟相同，这使天线的工作波长仅为物理周期间距的三分之一，因此该天线展示出更大的电尺寸。另一方面，由于单元结构及排列具有较高的设计自由度，天线更易于集成在表面路径复杂的共形系统中。最后制作并测试了天线实物，实测结果表明该天线工作在6.4 GHz到9.55 GHz频率范围内，实测S11在工作频段内基本都小于−10 dB，最大增益为14.1 dBi。测试结果与仿真结果相一致，证实了该设计的有效性。

漏波天线是一种行波天线[1]，以低剖面、增益高、频率扫描等优点在微波毫米波领域备受关注[2]。

漏波天线按结构可分为均匀、准均匀和周期漏波天线。均匀和准均匀漏波天线的导波是快波，通常只能在前向进行扫描[2]；而周期性结构的导波是慢波，经过周期调制可实现高阶谐波的前后向扫描[3]。近年来，国内外做了很多研究来提高微带漏波天线的辐射性能。SIW (substrate integrated waveguide)基片集成波导结构的漏波天线具有较宽的波束扫描范围[4] [5]。使用复合左右手材料(CRLH)同样可以提高天线的辐射范围[6] [7]。

相比之下， 具有周期性结构的漏波天线不仅具有波束随频率前后向扫描的特性[8] [9] [10]， 而且易于制造加工， 可以广泛应用于集成通信系统中。

但是周期性结构漏波天线会引入开阻带效应(OSB)， 导致主波束在边射方向不能进行连续扫描。

通过研究边射方向的高次谐波特性[11]， 设计不同的天线结构可以抑制阻带同时保留高增益， 比如在微带线同侧放置两根短截线[12]， 或者设计阵列结构也可以抑制阻带[13]。文中选取三种已研究的周期性微带漏波天线，分别是周期性交错微带漏波天线[14]，周期性半宽度微带漏波天线[15]，以及传统的加载周期性短路钉微带漏波天线[16]，它们是由一系列相同的单元排列组成，引入短路钉结构减小天线尺寸。但是天线结构单一，设计自由度较低，不适用几何结构要求更高的实际系统中。

本文提出的一种大周期漏波天线设计，由三种不同结构的辐射单元沿着中线排列组成。天线结构参数更多，具有更灵活的设计策略，并展现出较窄的辐射波束，与其他天线相比方向性更好，如果用于更远距离传输的系统中，也具有更强的抗干扰能力。

2. 天线设计 2.1. 主模一致性 传播常数对研究微带漏波天线的辐射性能参数有着重要作用，其公式表达为 ( )( )( )kkjωα ωβ ω==+ (1) 其中( )α ω 是衰减常数， ( )β ω 是相位常数。无限长周期结构中相距为p 的任意两点传播的电磁场只相差一个传播因数C = e−kp，p 是周期间距。周期性微带漏波天线传播的导波为慢波，由于周期结构会引入无