CN108321519B - 双边双周期表面等离激元漏波天线 - Google Patents

双边双周期表面等离激元漏波天线 Download PDF

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Abstract

双边双周期表面等离激元漏波天线包括介质基板(1)、设置在介质基板(1)上的表面等离激元辐射条带(2)、两个共面波导到辐射条带过渡(3)和多个金属的贴片(4)；表面等离激元辐射条带(2)位于两个共面波导到辐射条带过渡(3)之间，沿着表面等离激元辐射条带(2)的中心线，以等间距的方式排列着多个矩形的内槽(20)；沿着表面等离激元辐射条带(2)的方向，表面等离激元辐射条带(2)的宽度周期性的改变，宽度变化的长度周期大于相邻内槽(20)中心的间距，在表面等离激元辐射条带(2)的两侧，等距离排列着多个贴片(4)。天线是双周期和双边耦合结构，辐射能力强，天线尺寸短。

Description

双边双周期表面等离激元漏波天线
技术领域
本发明涉及一种漏波天线，尤其是一种双边双周期表面等离激元漏波天线。
背景技术
人工表面等离激元是在微波段或太赫兹波段等较低频频段内、在特定周期结构表面激励起的一种特殊的电磁波模式。该模式具有高束缚能力、短工作波长、低损耗、便于共型传输等特性，因而受到了广泛的关注。随着对人工表面等离激元研究的逐步深入，涌现出一系列基于人工表面等离激元设计的新型传输线及功能器件。
由于SPP对传输电磁波的横向约束能力比较强，尽管利用人工局域等离激元(LSPP)与SPP的耦合可以使得SPP上传输的电磁波辐射到空间，但传统基于SPP的漏波天线的辐射能力相对差，需要较长的长度才能把馈入的电磁波基本完全辐射出去，天线的长度比较长。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出一种双边双周期表面等离激元漏波天线，可以增加天线的辐射能力，减少天线的长度。
技术方案：本发明的双边双周期表面等离激元漏波天线包括介质基板、设置在介质基板上的表面等离激元辐射条带、两个共面波导到辐射条带过渡和多个金属的贴片；介质基板的顶面有金属层，表面等离激元辐射条带、共面波导到辐射条带过渡和贴片都在介质基板的顶面；表面等离激元辐射条带位于两个共面波导到辐射条带过渡之间，其两端分别与两个共面波导到辐射条带过渡相连；共面波导到辐射条带过渡的一端是天线的端口，共面波导到辐射条带过渡的另一端是表面等离激元辐射条带；沿着表面等离激元辐射条带的中心线，以等间距的方式排列着多个矩形的内槽；沿着表面等离激元辐射条带的方向，表面等离激元辐射条带的宽度周期性的改变，宽度变化的长度周期大于相邻内槽中心的间距；在表面等离激元辐射条带的两侧，都等距离排列着多个贴片；表面等离激元辐射条带的宽度变化的每个周期内，表面等离激元辐射条带的两侧各有一个贴片；在表面等离激元辐射条带同一侧的贴片，其相邻贴片中心的间距与表面等离激元辐射条带宽度变化的长度周期相同；共面波导到辐射条带过渡的导带与表面等离激元辐射条带相连，导带两侧的金属地朝着表面等离激元辐射条带的方向，逐渐张开呈喇叭形并远离导带；导带靠近表面等离激元辐射条带的部分，沿着导带的中心线等距排列着大小不同的数个过渡内槽，相邻过渡内槽中心的间距与相邻内槽中心的间距一样；内槽和过渡内槽没有导电金属；贴片的形状是由外曲边和内曲边组成的曲边两边形，内曲边靠近表面等离激元辐射条带，内曲边的曲率和与之相邻的表面等离激元辐射条带的边缘曲率一样；调节贴片与等离激元辐射条带之间的缝隙大小，可以调节贴片与表面等离激元辐射条带的耦合强弱，调节天线的匹配和辐射特性。
贴片的外曲边的形状是圆周的一部分，其圆心在内曲边两个端点连线的垂直平分线上；外曲边长度与内曲边长度的比值在与的闭区间，调节贴片的大小可以调节天线的工作频带。
调节等离激元辐射条带的宽度变化的长度周期，可以微调天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度特性。
调节相邻内槽中心的间距，可以改变天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性；调节相邻内槽的大小，可以调节天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性。
双边双周期表面等离激元漏波天线采用共面波导端口进行馈电，由于是漏波辐射，天线的两端各有一个端口。电磁波信号从天线的一个端口馈入后，经过一个共面波导到辐射条带过渡，进入等离激元辐射条带，一边传播一边辐射。共面波导到辐射条带过渡实现共面波导的准横向平面波(准TEM)模式到表面等离激元(SPP)模式的过渡，使得共面波导与SPP传输线的阻抗得以匹配。在等离激元辐射条带上，等距排列的内槽形成周期性SPP传输线，通过改变等离激元辐射条带的宽度形成传输方向的周期性结构，使得等离激元辐射条带成为双周期传输线，因此电磁波得可以从等离激元辐射条带辐射出来；在等离激元辐射条带的两侧的贴片，与等离激元辐射条带相互耦合，也会使得电磁波得可以从等离激元辐射条带辐射出来；由于双周期以及贴片的两种辐射的共同作用，使得电磁波辐射作用增加。
贴片也可以是圆形；贴片靠近等离激元辐射条带一边的边缘与等离激元辐射条带的边缘曲率一样，可以具有较长的耦合长度和较强的耦合强度，而且等离激元辐射条带的两侧都有贴片，因此可以更有效的辐射电磁波。
贴片靠近等离激元辐射条带一边的边缘与等离激元辐射条带的边缘曲率一样，在同样耦合强度的情况下，可以具有较长的耦合长度和较强的耦合强度，工艺的容差较大。
有益效果：本发明的有益效果是，所提出的双边双周期表面等离激元漏波天线使用双边贴片和双周期，有效提高了天线辐射能力，减小了天线的长度。
附图说明
图1是本发明的双边双周期表面等离激元漏波天线结构示意图。
图2是本发明的双边双周期表面等离激元漏波天线局部结构示意图。
图中有：介质基板1、表面等离激元辐射条带2、共面波导到辐射条带过渡3、贴片4、金属层5、端口6、内槽20、边缘21、导带30、金属地31、过渡内槽32、外曲边40和内曲边41。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明所采用的实施方案是一种双边双周期表面等离激元漏波天线包括介质基板1、设置在介质基板1上的表面等离激元辐射条带2、两个共面波导到辐射条带过渡3和多个金属的贴片4；介质基板1的顶面有金属层5，表面等离激元辐射条带2、共面波导到辐射条带过渡3和贴片4都在介质基板1的顶面；表面等离激元辐射条带2位于两个共面波导到辐射条带过渡3之间，其两端分别与两个共面波导到辐射条带过渡3相连；共面波导到辐射条带过渡3的一端是天线的端口6，共面波导到辐射条带过渡3的另一端是表面等离激元辐射条带2；沿着表面等离激元辐射条带2的中心线，以等间距的方式排列着多个矩形的内槽20；沿着表面等离激元辐射条带2的方向，表面等离激元辐射条带2的宽度周期性的改变，宽度变化的长度周期大于相邻内槽20中心的间距；在表面等离激元辐射条带2的两侧，都等距离排列着多个贴片4；表面等离激元辐射条带2的宽度变化的每个周期内，表面等离激元辐射条带2的两侧各有一个贴片4；在表面等离激元辐射条带2同一侧的贴片4，其相邻贴片4中心的间距与表面等离激元辐射条带2宽度变化的长度周期相同；共面波导到辐射条带过渡3的导带30与表面等离激元辐射条带2相连，导带30两侧的金属地31朝着表面等离激元辐射条带2的方向，逐渐张开呈喇叭形并远离导带30；导带30靠近表面等离激元辐射条带2的部分，沿着导带30的中心线等距排列着大小不同的数个过渡内槽32，相邻过渡内槽32中心的间距与相邻内槽20中心的间距一样；内槽20和过渡内槽32没有导电金属；贴片4的形状是由外曲边40和内曲边41组成的曲边两边形，内曲边41靠近表面等离激元辐射条带2，内曲边41的曲率和与之相邻的表面等离激元辐射条带2的边缘21曲率一样；调节贴片4与等离激元辐射条带2之间的缝隙大小，可以调节贴片4与表面等离激元辐射条带2的耦合强弱，调节天线的匹配和辐射特性。
贴片4的外曲边40的形状是圆周的一部分，其圆心在内曲边41两个端点连线的垂直平分线上；外曲边40长度与内曲边41长度的比值在与的闭区间，调节贴片4的大小可以调节天线的工作频带。
调节等离激元辐射条带2的宽度变化的长度周期，可以微调天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度特性。
调节相邻内槽20中心的间距，可以改变天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性；调节相邻内槽20的大小，可以调节天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性。
双边双周期表面等离激元漏波天线采用共面波导端口进行馈电，由于是漏波辐射，天线的两端各有一个端口。电磁波信号从天线的一个端口6馈入后，经过一个共面波导到辐射条带过渡3，进入等离激元辐射条带2，一边传播一边辐射。共面波导到辐射条带过渡3实现共面波导的准横向平面波(准TEM)模式到表面等离激元(SPP)模式的过渡，使得共面波导与SPP传输线的阻抗得以匹配。在等离激元辐射条带2上，等距排列的内槽20形成周期性SPP传输线，通过改变等离激元辐射条带2的宽度形成传输方向的周期性结构，使得等离激元辐射条带2成为双周期传输线，因此电磁波得可以从等离激元辐射条带2辐射出来；在等离激元辐射条带2的两侧的贴片4，与等离激元辐射条带2相互耦合，也会使得电磁波得可以从等离激元辐射条带2辐射出来；由于双周期以及贴片4的两种辐射的共同作用，使得电磁波辐射作用增加。
贴片也可以是圆形；贴片靠近等离激元辐射条带一边的边缘与等离激元辐射条带的边缘21曲率一样，可以具有较长的耦合长度和较强的耦合强度，而且等离激元辐射条带的两侧都有贴片，因此可以更有效的辐射电磁波。
贴片靠近等离激元辐射条带一边的边缘与等离激元辐射条带的边缘21曲率一样，在同样耦合强度的情况下，可以具有较长的耦合长度和较强的耦合强度，工艺的容差较大。
在制造上，双边双周期表面等离激元漏波天线可以采用平面印刷电路板(PCB)工艺制作，也可以采用芯片工艺、高温共烧陶瓷(HTCC)或低温共烧陶瓷(LTCC)等工艺制作。
根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (4)

1.一种双边双周期表面等离激元漏波天线，其特征是该天线包括介质基板(1)、设置在介质基板(1)上的表面等离激元辐射条带(2)、两个共面波导到辐射条带过渡(3)和多个金属的贴片(4)；介质基板(1)的顶面有金属层(5)，表面等离激元辐射条带(2)、共面波导到辐射条带过渡(3)和贴片(4)都在介质基板(1)的顶面；表面等离激元辐射条带(2)位于两个共面波导到辐射条带过渡(3)之间，其两端分别与两个共面波导到辐射条带过渡(3)相连；共面波导到辐射条带过渡(3)的一端是天线的端口(6)，共面波导到辐射条带过渡(3)的另一端是表面等离激元辐射条带(2)；沿着表面等离激元辐射条带(2)的中心线，以等间距的方式排列着多个矩形的内槽(20)；在表面等离激元辐射条带(2)的两侧，都等距离排列着多个贴片(4)；表面等离激元辐射条带(2)的宽度变化的每个周期内，表面等离激元辐射条带(2)的两侧各有一个贴片(4)；在表面等离激元辐射条带(2)同一侧的贴片(4)，其相邻贴片(4)中心的间距与表面等离激元辐射条带(2)宽度变化的长度周期相同；共面波导到辐射条带过渡(3)的导带(30)与表面等离激元辐射条带(2)相连，导带(30)两侧的金属地(31)朝着表面等离激元辐射条带(2)的方向，逐渐张开呈喇叭形并远离导带(30)；导带(30)靠近表面等离激元辐射条带(2)的部分，沿着导带(30)的中心线等距排列着大小不同的数个过渡内槽(32)，相邻过渡内槽(32)中心的间距与相邻内槽(20)中心的间距一样；内槽(20)和过渡内槽(32)没有导电金属；贴片(4)的形状是由外曲边(40)和内曲边(41)组成的曲边两边形，内曲边(41)靠近表面等离激元辐射条带(2)，内曲边(41)的曲率和与之相邻的表面等离激元辐射条带(2)的边缘(21)曲率一样；调节贴片(4)与等离激元辐射条带(2)之间的缝隙大小，可以调节贴片(4)与表面等离激元辐射条带(2)的耦合强弱，调节天线的匹配和辐射特性；
所述贴片(4)的外曲边(40)的形状是圆周的一部分，其圆心在内曲边(41)两个端点连线的垂直平分线上；外曲边(40)长度与内曲边(41)长度的比值在与的闭区间，调节贴片(4)的大小可以调节天线的工作频带。
2.根据权利要求1所述的一种双边双周期表面等离激元漏波天线，其特征是所述表面等离激元辐射条带(2)，调节其宽度变化的长度周期，能微调天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度特性。
3.根据权利要求1所述的一种双边双周期表面等离激元漏波天线，其特征是所述内槽(20)，调节相邻内槽(20)中心的间距，可以改变天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性；调节相邻内槽(20)的大小，可以调节天线的电长度，调节天线的波束指向和波束宽度等特性。
4.根据权利要求1所述的一种双边双周期表面等离激元漏波天线，其特征是所述的表面等离激元辐射条带(2)，沿着表面等离激元辐射条带(2)的方向，表面等离激元辐射条带(2)的宽度周期性的改变，宽度变化的长度周期大于相邻内槽(20)中心的间距。
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Address after: No. 9, Wen Yuan Road, Xincheng, Ya Dong, Nanjing, Jiangsu

Applicant after: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

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