CN110444865B - 基于人工表面等离子激元的对数周期天线 - Google Patents

基于人工表面等离子激元的对数周期天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110444865B
CN110444865B CN201910719957.4A CN201910719957A CN110444865B CN 110444865 B CN110444865 B CN 110444865B CN 201910719957 A CN201910719957 A CN 201910719957A CN 110444865 B CN110444865 B CN 110444865B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
log periodic
surface plasmon
artificial surface
sspps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910719957.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110444865A (zh
Inventor
许锋
江涛
杨玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201910719957.4A priority Critical patent/CN110444865B/zh
Publication of CN110444865A publication Critical patent/CN110444865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110444865B publication Critical patent/CN110444865B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/10—Logperiodic antennas

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明揭示了一种基于人工表面等离子激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）的对数周期天线，包含了介质基片和上层金属片：所述的上层金属贴片位于介质基片的上表面，包括共面波导结构、SSPPs传输线以及天线振子。该结构采用共面波导馈电，通过SSPPs波导传输能量，利用对数周期天线的天线振子将能量辐射出去，形成高增益的行波天线。由于SSPPs是单导体结构，而传统的对数周期偶极子天线是双导体结构，将二者结合，使得对数周期偶极子天线的对称振子均在同一面上，形成单导体结构。这种新型的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，结构更加简单，减少了传输损耗，在集成单导体天线中具有巨大的潜力。

Description

基于人工表面等离子激元的对数周期天线
技术领域
本发明涉及一种基于人工表面等离子激元的对数周期天线，可用于微波技术领域。
背景技术
人工表面等离子体激元波导被认为是GHz到THz区域传输线的理想选择，近几年被科学界和工程界广泛关注。最常用的是利用周期性沟槽结构来引导人工表面等离子体激元波，并基于这种波导结构设计了多种天线、滤波器、耦合器等多种无源器件。人工表面等离子激元的发展主要依赖于SPP波的辐射，现以实现的多种辐射方式为基于人工表面等离子激元的天线开辟了道路，但其中却大部分天线的体积较大，相对复杂，因此，我们考虑了其他辐射单元。对数周期天线作为非频变天线，其电特性能够在很宽的频带内保持基本不变，在天线工程中也得到了广泛的应用。但一般的对数周期偶极子天线结构比较大，且有一定的传输损耗。随着超材料在不同的天线中不断的应用，完全可以利用超材料实现小型化、减少传输损耗以及带宽和增益的增强。本发明设计的天线就是将超材料技术和对数周期天线相结合，使得到更广泛的应用。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于人工表面等离子激元的对数周期天线，解决了辐射损耗大的问题并且为今后研究高增益天线打下基础。
本发明将通过以下技术方案得以实现：基于人工表面等离子激元的对数周期天线，所述对数周期天线为单层结构，包含了介质基片和上层金属层；所述的上层金属层位于介质基片的上表面，所述上层金属层上设置有天线结构，包括共面波导、渐变形过渡槽、SSPPs传输线以及天线振子；所述的天线结构采用共面波导馈电，经过渐变过渡槽后采用SSPPs波导传输能量，最后通过天线振子将能量辐射出去，形成基于人工表面等离子激元的对数周期天线。
优选地，所述SSPPs传输线为周期性结构，沟槽的深度和宽度都是相同的。
优选地，所述微带线到SSPPs传输线之间的过渡带采用的是梯形渐变部分。
优选地，所述介质基片上表面金属的辐射端由七根天线振子组成，从左到右长度依次减少。
优选地，所述介质基片为FR4介质板，介电常数为2.65，厚度为0.8毫米。
优选地，所述介质基片上表面金属层上下两侧的渐变曲面为共面波导的接地面。
优选地，所述介质基片上表面金属层的天线振子均在同一侧。
优选地，所述介质基片上表面金属层的共面波导部分与传输线有一定的间隙。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该对数周期天线结构简单、体积小、易于集成，与传统的对数周期偶极子天线相比，所提出的基于SSPPs的对数周期天线简化了天线的结构，将对数周期偶极子天线双导体结构转变为单导体结构。同时，由于人工表面等离子激元的束缚性很强，人工表面等离子激元波导能够提供更紧凑的平面结构，可以在没有明显相互耦合的情况下，与其他平面器件进行制作，能够保持能量的完整性和较小的波导损耗。仿真的试验结果也表明该结构具有良好的性能。结果显示，天线可以工作在6.9-10.7GHz的频带内，相对带宽为43%，符合周期对数天线的宽带宽的特性。
本发明优化了对数周期偶极子天线，利用SSPPs传输线代替传统的微带线，去除了天线的接地面，大大减少了天线的传输损耗；紧接着利用SSPPs单导体结构的特性将对数周期偶极子天线的双导体结构进行简化，减小了天线的体积。
附图说明
图1是本发明基于人工表面等离子激元的对数周期天线的俯视图。
图2是本发明基基于人工表面等离子激元的对数周期天线的三维剖分图。
图3是本发明基于人工表面等离子激元的对数周期天线的S参数仿真结果。
图4是本发明基于人工表面等离子激元的对数周期天线的3D方向图示意图。
图中附图标记为：1－介质基片，2－上层金属层，3－共面波导，4－微带线，5-渐变过渡带，6-SSPPs传输线，7-天线振子。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。
本发明揭示了一种基于人工表面等离子激元的对数周期天线，如图1和图2所示，所述对数周期天线为单层结构，包括介质基片1及上层金属层2，所述上层金属层2设置于介质基片1的上表面。在本技术方案中，所述介质基片为FR4介质板，介电常数为2.65，厚度为0.8毫米。
上层金属层2上设置有天线结构，天线结构包括共面波导3、微带线4、渐变过渡带5、SSPPs传输线6以及天线振子7；天线结构利用共面波导3馈电，经过渐变过渡带5后采用SSPPs传输线6波导传输能量，在终端利用天线振子7将能量辐射出去，形成行波天线。
天线结构的共面波导3采用曲面形式，用于引导电磁波从准TEM波到人工表面等离子波模式的转换。
天线结构的天线振子7为七根金属贴片，均设置于介质基片的上表面，和SSPPs传输线6相连。
如图1所示，系统中完整的天线结构是通过共面波导3激发电磁波经过渐变过渡带5后利用SSPPs传输线6波导传输能量，在终端利用天线振子7实现能量辐射，形成对数周期天线。
图3为基于人工表面等离子激元的对数周期天线的反射系数的仿真结果图，从图中可直观看出，本发明基于人工表面等离子激元的对数周期天线在6.9GHz-10.7GHz的频段内，S11均低于-10dB，因此在工作频带6.9GHz-10.7GHz内天线能够完好的工作，其相对带宽为43%。
图4为基于人工表面等离子激元的对数周期天线的3D辐射方向图，从图中可以很清楚地看到，增益最高能达到11dBi。
本发明提出了基于人工表面等离子激元的对数周期天线，相对于传统的对数周期偶极子天线，利用人工表面等离子激元波导代替传统的微带传输线，可以大大减少传输损耗，使电磁波被束缚在金属表面传播。然后利用SSPPs的单导体性能优化了对数周期偶极子的结构，使传统的双导体结构变成单导体结构，结构更加简单，易于集成。通过对天线结构进行仿真检验，我们可以看出该结构具有良好的性能。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于人工表面等离子激元的对数周期天线，包括介质基片和上层金属层；其特征在于：所述的上层金属层位于介质基片的上表面，所述上层金属层上设置有天线结构，所述天线结构主要由对称分布的共面波导和顺序分布在共面波导对称中心线上的渐变过渡带、SSPPs传输线以及天线振子组成；所述渐变过渡带采用梯形渐变槽的形式，梯形渐变槽深度依次加深，直至和SSPPs传输线的槽等深；天线结构采用共面波导馈电，经过梯形渐变槽后采用SSPPs传输线传输能量，最后通过天线振子将能量辐射出去，形成基于人工表面等离子激元的对数周期天线，所述介质基片上表面金属层的对数周期天线均在同一侧，所述介质基片是单层结构，底部没有任何金属贴片。
2.根据权利要求1所述的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，其特征在于：渐变槽一共有8个。
3.根据权利要求1所述的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，其特征在于：SSPPs传输线结构是梳状周期结构，每一个沟槽的高度和宽度都是相同的。
4.根据权利要求1所述的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，其特征在于：所述天线振子为渐变槽状结构，所述渐变槽从左到右长度和间距均逐渐缩短。
5.根据权利要求1所述的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，其特征在于：所述共面波导包括端部的微带线和侧部的渐变曲面，所述微带线和渐变曲面相互连通，所述介质基片的上表面金属层的渐变曲面为共面波导的接地面。
6.根据权利要求5所述的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，其特征在于：所述的介质基片为FR4介质板，介电常数为2.65，厚度为0.8毫米。
CN201910719957.4A 2019-08-06 2019-08-06 基于人工表面等离子激元的对数周期天线 Active CN110444865B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910719957.4A CN110444865B (zh) 2019-08-06 2019-08-06 基于人工表面等离子激元的对数周期天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910719957.4A CN110444865B (zh) 2019-08-06 2019-08-06 基于人工表面等离子激元的对数周期天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110444865A CN110444865A (zh) 2019-11-12
CN110444865B true CN110444865B (zh) 2021-10-29

Family

ID=68433352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910719957.4A Active CN110444865B (zh) 2019-08-06 2019-08-06 基于人工表面等离子激元的对数周期天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110444865B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106441A (zh) * 2020-01-09 2020-05-05 西安理工大学 一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线
CN111262024B (zh) * 2020-01-21 2022-05-31 上海交通大学 基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线
CN113032966A (zh) * 2021-03-01 2021-06-25 浙江大学杭州国际科创中心 一种表面等离子激元吸波器的设计方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100243A (zh) * 1985-04-01 1986-07-09 武汉大学 车载宽频带定向天线
CN103531876A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 东南大学 高效表面等离子基元传输线
CN104485495A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 中国矿业大学 一种基于人工表面等离激元的双波段带阻滤波器
CN104810578A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 中国矿业大学 一种u型开槽式人工表面等离激元带阻滤波器
CN105206927A (zh) * 2015-09-06 2015-12-30 哈尔滨工业大学 印刷型单极折合振子对数周期天线
CN105552544A (zh) * 2016-01-22 2016-05-04 东南大学 一种端射式的人工表面等离激元天线
CN105703047A (zh) * 2016-03-28 2016-06-22 东南大学 基于人工表面等离激元的低损耗传输线
CN106374175A (zh) * 2016-09-12 2017-02-01 江苏师范大学 基于人工表面等离激元和基片集成波导的混合型分波器
CN106848577A (zh) * 2017-02-07 2017-06-13 南京软赫波誉电子科技有限公司 一种对数周期单极子天线
CN107248616A (zh) * 2017-06-07 2017-10-13 东南大学 基于人工表面等离激元的同频双圆极化漏波天线
CN108767451A (zh) * 2018-04-04 2018-11-06 上海交通大学 基于sspp结构的方向图可重构的宽角扫描天线
CN109326861A (zh) * 2018-10-15 2019-02-12 东南大学 一种紧凑型人工表面等离激元传输线

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI375352B (en) * 2009-01-17 2012-10-21 Univ Nat Taiwan Coplanar waveguide fed planar log-periodic antenna
CN105789790A (zh) * 2016-04-27 2016-07-20 六盘水师范学院 人工表面等离子激元型微波带通滤波器

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100243A (zh) * 1985-04-01 1986-07-09 武汉大学 车载宽频带定向天线
CN103531876A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 东南大学 高效表面等离子基元传输线
CN104485495A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 中国矿业大学 一种基于人工表面等离激元的双波段带阻滤波器
CN104810578A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 中国矿业大学 一种u型开槽式人工表面等离激元带阻滤波器
CN105206927A (zh) * 2015-09-06 2015-12-30 哈尔滨工业大学 印刷型单极折合振子对数周期天线
CN105552544A (zh) * 2016-01-22 2016-05-04 东南大学 一种端射式的人工表面等离激元天线
CN105703047A (zh) * 2016-03-28 2016-06-22 东南大学 基于人工表面等离激元的低损耗传输线
CN106374175A (zh) * 2016-09-12 2017-02-01 江苏师范大学 基于人工表面等离激元和基片集成波导的混合型分波器
CN106848577A (zh) * 2017-02-07 2017-06-13 南京软赫波誉电子科技有限公司 一种对数周期单极子天线
CN107248616A (zh) * 2017-06-07 2017-10-13 东南大学 基于人工表面等离激元的同频双圆极化漏波天线
CN108767451A (zh) * 2018-04-04 2018-11-06 上海交通大学 基于sspp结构的方向图可重构的宽角扫描天线
CN109326861A (zh) * 2018-10-15 2019-02-12 东南大学 一种紧凑型人工表面等离激元传输线

Also Published As

Publication number Publication date
CN110444865A (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110380217B (zh) 基于人工表面等离子激元的高增益端射天线
CN110444865B (zh) 基于人工表面等离子激元的对数周期天线
US8451189B1 (en) Ultra-wide band (UWB) artificial magnetic conductor (AMC) metamaterials for electrically thin antennas and arrays
CN103326120B (zh) 高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线
CN109742532B (zh) 一种基于人工表面等离激元的对称周期沟槽漏波天线
CN106571532A (zh) 一种具有大圆极化波束扫描范围的基片集成波导漏波天线
CN203674385U (zh) 高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线
Jiang et al. Backward-to-forward wide-angle fast beam-scanning leaky-wave antenna with consistent gain
CN109742529B (zh) 一种应用于探地雷达系统的超宽带异形槽天线
CN102820513A (zh) 一种应用于60GHz系统的高增益介质谐振器天线
CN103531913B (zh) 六边形基片集成波导缝隙天线
Attia et al. 60 GHz slot antenna array based on ridge gap waveguide technology enhanced with dielectric superstrate
CN109546348A (zh) 一种新型小型化宽带sw-siw喇叭天线及其设计方法
CN113764878A (zh) 一种波束可重构漏波天线
CN107196069B (zh) 紧凑型基片集成波导背腔缝隙天线
CN105226395A (zh) 无宽壁的宽带基片集成波导喇叭天线
CN113013628B (zh) 一种紧凑型高效率无反射漏波天线
Aktar et al. Enhanced gain and bandwidth of patch antenna using ebg substrates
CN111541031B (zh) 一种宽带低剖面传输阵列天线及无线通信设备
Sifat et al. High gain wideband log periodic dipole array antenna loaded with corrugations
Jin et al. A compact, wideband, two-port substrate-integrated waveguide antenna with a central, double-slotted, metallic plate flanked by two paired of corrugations for radar applications
Chandra et al. Simulation analysis of high gain and low loss antenna with metallic ring and spoof SPP transmission line
Singh et al. Effect of photonic band gap structure on planar antenna configuration
CN115020981B (zh) 一种应用于5g通信的阵列天线
CN113381183B (zh) 一种基于人工表面等离子激元的反足Vivaldi天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant