CN104682006A

CN104682006A - 一种中间凹槽的周期波纹平板天线

Info

Publication number: CN104682006A
Application number: CN201510036903.XA
Authority: CN
Inventors: 曾泓鑫; 杨梓强; 张雅鑫; 兰峰; 史宗君
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: CN104682006B

Abstract

本发明提供一种中间凹槽的周期波纹平板天线，所述平板天线为开设有矩形耦合缝、辐射凹槽、调谐凹槽、若干个周期凹槽的金属平板，其中，辐射凹槽开设于金属平板中线，调谐凹槽设置于辐射凹槽中心，矩形耦合缝位于调谐凹槽中心，若干个周期凹槽呈周期性对称分布于辐射凹槽两侧；所述辐射凹槽、调谐凹槽、周期凹槽的长边方向与矩形耦合缝长边方向相同。较传统周期凹槽缝隙天线，本发明天线增益明显提高约5～6dB，在E面和H面的方向性也有所提高，尤其是在H面；同时天线依然保持着低剖面、易加工等特点。

Description

一种中间凹槽的周期波纹平板天线

技术领域

本发明属于漏波天线领域，具体涉及一种中间凹槽的周期波纹平板天线。

背景技术

自Lezec等人发现了光聚束效应后，越来越多的人开始研究围绕着凹槽的亚波长细缝结构，Hibbins等人使用微波通过两侧分别只有一个沟槽的亚波长细缝结构，发现微波的传输效率得到了提高。随后很多研究机构对这种传输增强的现象做出了理论解释。Oliner等人利用漏波理论解释了传输的提高与表面等离子波的关系，为这种结构提出了理论分析并运用理论设计了相应的天线。认为电磁波在通过狭缝后，一部分直接向空间辐射，另一部分则以表面等离子波的形式沿表面传播，当遇到沟槽时这些表面波再次转化成具有一定振幅和相位的二次辐射源。随后在改进波纹表面天线性能方面做了很多研究，波纹表面阵列也有了大量的研究。传统的平板周期凹槽天线如图1所示，该天线由一个金属板和馈电缝隙两边若干个周期凹槽组成，该天线在E面的方向性很好，但在H面方向性相对较差。

太赫兹(THz)波通常是指频率范围在0.1THz～10THz内的电磁波，介于毫米波与红外光之间，同时具有微波与红外光的特性，其特点是波束宽度适中、系统带宽较大，十分有利于目标探测成像、高速率大容量通信。而且微波和毫米波以及太赫兹波通讯系统的发展越来越依赖于小型化，低成本，高性能的天线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中间凹槽的周期波纹平板天线。较传统周期凹槽缝隙天线，本发明提供中间凹槽的周期波纹平板天线增益明显提高约5～6dB，在E面和H面的方向性也有所提高，尤其是在H面；同时天线依然保持着低剖面、易加工等特点。为实现上述目的，本发明采用的技术手段为：天线工作频率为f或工作波长为λ，

一种中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述平板天线为开设有矩形耦合缝、辐射凹槽、调谐凹槽、若干个周期凹槽的金属平板，其中，辐射凹槽开设于金属平板中线，调谐凹槽设置于辐射凹槽中心，矩形耦合缝位于调谐凹槽中心，若干个周期凹槽呈周期性对称分布于辐射凹槽两侧；所述辐射凹槽、调谐凹槽、周期凹槽的长边方向与矩形耦合缝长边方向相同。

优选的，耦合缝隙长边方向与波导馈源电场谐振方向垂直。

优选的，所述金属平板的长度y>15λ、宽x>5λ、板厚w为0.7λ～0.8λ，λ为工作波长。

优选的，所述耦合缝隙长S_x为0.6λ～0.8λ、宽S_y为0.1λ～0.3λ。

优选的，所述辐射凹槽宽度p为0.9λ～1.1λ、深度W_z为0.3λ～0.4λ。

优选的，所述调谐凹槽的长x₁为0.9λ～λ、宽y₁为0.5λ～0.6λ、深度z₁为0.09λ～0.11λ。

优选的，所述周期凹槽的宽g_y为0.1λ～0.2λ、深度g_z为0.1λ～0.2λ，周期凹槽周期初始值d为0.9λ～1.1λ。

优选的，所述辐射凹槽外侧与最邻近周期凹槽内侧之间的距离t为0.1λ～0.2λ。

优选的，所述金属平板材料为Au、Ag、Cu、Al或Ti/Pt/Au合金。

需要说明的是，本发明提供的中间凹槽的周期波纹平板天线中辐射凹槽用于提高辐射增益，调谐凹槽用于调谐天线的阻抗匹配，周期凹槽表示分布在辐射凹槽周围的若干个周期小凹槽。

有益效果：

本发明提供的一种中间凹槽的周期波纹平板天线，具有如下优点：不同传统周期凹槽缝隙天线，本发明的天线在金属板中间刻有一辐射凹槽和一调谐凹槽，辐射凹槽能够对电磁波有一定的聚集作用，提高天线的增益；而调谐凹槽的作用在于调节天线的匹配，最终到达提高天线辐射效率的效果。新的天线不仅仅在增益方面有了明显提升，而且在E面和H面的方向性上也有了改善，尤其是在H面。

附图说明

图1为传统平板周期凹槽天线结构示意图。

图2为本发明中间凹槽的周期波纹平板天线结构的三维俯视图。

图3为本发明中间凹槽的周期波纹平板天线结构的三维侧视图。

图4为本发明中间凹槽的周期波纹平板天线结构中辐射凹槽与调谐凹槽局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作更进一步的说明。

如图2、3、4，首先根据工程需要确定工作频率f或波长λ；确定金属板长度y>15λ，宽x>5λ，板厚w为0.7λ～0.8λ；选取作为制作金属平板的材料。

天线的耦合缝隙长S_x在0.6λ～0.8λ处取初始值，耦合缝隙的宽S_y在0.1λ～0.3λ处取得初始值。中间辐射凹槽宽度p的初始值为0.9λ～1.1λ，辐射凹槽深度的初始值W_z在0.3λ～0.4λ处取得。而调谐凹槽的长x₁、宽y₁、高z₁的初始值分别取0.9λ～λ、0.5λ～0.6λ、0.09λ～0.11λ。辐射槽两边的N个周期凹槽的宽g_y在0.1λ～0.2λ之间取得初始值，周期凹槽初始深度g_z在0.1λ～0.2λ处取得初始值，周期凹槽初始周期初始值d在0.9λ～1.1λ，而第一个周期凹槽内侧到辐射槽外侧的距离t的初始值为0.1λ～0.2λ。

以340GHz的太赫兹天线为例。首先更加工作频率得出工作波长为882um。本实施例采用的是缝隙的横向谐振耦合模式，所使用的金属板材料为金属铜。金属板长、宽、厚分别为x＝15000um，y＝5000um，W＝680um。其他参数经高频微波仿真软件CST仿真优化后如下：S_x＝622um，S_y＝170um，p＝956um，W_z＝320um，x₁＝825um，y₁＝495um，z₁＝83um,N＝6，g_y＝165um,g_z＝122um,d＝800um，t＝165um。最后仿真结果显示，本发明天线较传统周期凹槽天线相比，增益高达约21.5dB，提高了约6dB，而且H面的-3dB角有原先的34°降至只有16°。

最后利用现代的机床机械加工或者化学刻蚀加工对所设计的天线进行制作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述平板天线为开设有矩形耦合缝、辐射凹槽、调谐凹槽、若干个周期凹槽的金属平板，其中，辐射凹槽开设于金属平板中线，调谐凹槽设置于辐射凹槽中心，矩形耦合缝位于调谐凹槽中心，若干个周期凹槽呈周期性对称分布于辐射凹槽两侧；所述辐射凹槽、调谐凹槽、周期凹槽的长边方向与矩形耦合缝长边方向相同。

2.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述矩形耦合缝长边方向与波导馈源电场谐振方向垂直。

3.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述金属平板的长度大于15λ、宽度大于5λ、厚度为0.7λ～0.8λ，λ为工作波长。

4.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述耦合缝隙长为0.6λ～0.8λ、宽为0.1λ～0.3λ，λ为工作波长。

5.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述辐射凹槽宽度为0.9λ～1.1λ、深度为0.3λ～0.4λ，λ为工作波长。

6.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述调谐凹槽的长为0.9λ～λ、宽为0.5λ～0.6λ、深度为0.09λ～0.11λ，λ为工作波长。

7.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述周期凹槽的宽为0.1λ～0.2λ、深度为0.1λ～0.2λ，周期凹槽周期初始值为0.9λ～1.1λ，λ为工作波长。

8.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述辐射凹槽外侧与最邻近周期凹槽内侧之间的距离为0.1λ～0.2λ，λ为工作波长。

9.按权利要求1所述中间凹槽的周期波纹平板天线，其特征在于，所述金属平板材料为Au、Ag、Cu、Al或Ti/Pt/Au合金。