CN114336090A - 一种人工表面等离子体激元馈电的双极化贴片天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列。包括：双极化微带贴片天线阵列和两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络；基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络由位于介质基片下表面的直线型人工表面等离子体激元传输线、4段位于介质基片上表面的V型人工表面等离子体激元传输线以及用于连接基片上下表面传输线的集成于基片中的金属柱构成；双极化微带贴片天线阵列的辐射贴片位于介质基片的上表面，金属地板位于介质基片的下表面。本发明利用基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络对双极化微带贴片天线阵列进行馈电；单层结构，结构紧凑，易于加工实现；具有良好的阻抗带宽和稳定的方向图和定向辐射特性。
Description
技术领域
本发明涉及贴片天线技术领域，尤其涉及一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列。
背景技术
大多数传统传输线结构在毫米波太赫兹频段具有很大的传输损耗，难以实现长距离传输，人工表面等离子体激元传输线结构则为这一问题提供了一种新的研究思路。人工表面等离子体激元传输线结构简单紧凑，易于加工集成，通过调整其表面的几何结构，既可单独作为天线进行辐射，也可作为馈线对辐射结构进行馈电。基于人工表面等离子体激元的天线类型包括具有波束扫描特性的漏波天线和定向辐射的高增益天线等，这些天线都是将贴片等辐射结构放置在人工表面等离子激元传输线一侧或者两侧，通过沿着人工表面等离子体激元传输的能量耦合到附近的辐射结构上，进而将能量辐射到自由空间，实现天线功能。
具有不同极化的基于人工表面等离子体激元天线对于实现现代无线通信的极化分集具有重要意义。目前，现有技术中的基于人工表面等离子体激元的圆极化和双极化天线都是波束扫描天线，这不是无线通信应用的首选。实际上，辐射单元和馈电网络对于具有双线性或圆极化的天线阵列都很重要。如何设计一种具有紧凑结构的人工表面等离子体激元馈电网络是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，以实现传统双极化微带贴片天线阵列的辐射特性。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，包括：双极化微带贴片天线阵列以及两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络；
所述基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络由位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体激元传输线、4段位于介质基片上表面的V型人工表面等离子体激元传输线以及用于连接基片上下表面传输线的集成于介质基片中的金属柱构成；
所述集成于介质基片中的金属柱位于下层直线型人工表面等离子体激元传输线终端开路处，与位于介质基片上表面的V形人工表面等离子体传输线最后一级枝节相连；
所述双极化微带贴片天线阵列的辐射贴片位于介质基片的上表面，金属地板位于介质基片的下表面。
优选地，两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络结构相同，平行相向放置，实现对双极化微带贴片天线阵列的±45度极化馈电。
优选地，所述基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络中位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线平行。
优选地，所述位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线之间具有一段可调的横向偏移量，各个横向偏移量相同或者不同。
优选地，所述辐射贴片为方形贴片，贴片的相邻两条边上刻蚀有矩形凹槽，馈电网络的四个V形耦合枝节的输出端口分别与四个贴片中的矩形凹槽相连；输入信号通过位于介质基片下表面的直线型人工表面等离子体激元传输线耦合到介质基片上表面的4个耦合枝节，继而激励辐射贴片进行辐射，通过控制前3个耦合枝节与主干传输线之间的横向偏移量来控制每个枝节耦合到能量的比例，从而实现对4个贴片天线的等幅激励。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的基于人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列具有结构简单新颖、易于加工集成的优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的三维结构图；
图2为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的前视图；
图4为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的端口1馈电的xoz面26GHz辐射方向图设计结果
图5为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的端口1馈电的yoz面26GHz辐射方向图设计结果
图6为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的端口2馈电的xoz面26GHz辐射方向图设计结果
图7为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的端口2馈电的yoz面26GHz辐射方向图设计结果
图8为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的S参数设计结果示意图；
图9为本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的增益设计结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明提供了一种具有单层结构的由人工表面等离子体激元传输线馈电的双极化微带贴片天线阵列，该天线阵列利用两组正交放置的基于人工表面等离子体激元传输线的串联馈电网络对微带贴片天线阵列进行馈电，实现传统双极化微带贴片天线阵列的辐射特性。
本发明实施例提供的一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列的三维结构图如图1所示，俯视图如图2所示，前视图如图3所示。该天线阵列包括双极化微带贴片天线阵列4，以及两组结构相同、平行相向放置的基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络。
所述基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络由位于介质基片1下表面的直线型终端开路人工表面等离子体激元传输线2、4段位于介质基片2上表面的V型人工表面等离子体激元传输线以及用于连接基片上下表面传输线的集成于介质基片1中的金属柱6构成。
所述集成于介质基片1中的金属柱6位于下层直线型人工表面等离子体激元传输线终端开路处，与位于介质基片1上表面的V形人工表面等离子体传输线最后一级枝节相连。
所述双极化微带贴片天线阵列4的辐射贴片位于介质基片1的上表面，金属地板5位于介质基片1的下表面。
基于人工表面等离子体激元的1分4串联馈电网络中位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线平行。
位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线之间具有一段灵活可调的横向偏移量，各个横向偏移量相同或者不同。
辐射贴片4为方形贴片，方形贴片的相邻两条边上刻蚀有矩形凹槽，馈电网络的四个V形耦合枝节的输出端口分别与四个贴片中的矩形凹槽相连。输入信号通过位于介质基片1下表面的直线型人工表面等离子体激元传输线耦合到介质基片1上表面的4个耦合枝节，继而激励辐射贴片4进行辐射。通过控制前3个耦合枝节与主干传输线之间的横向偏移量来控制每个枝节耦合到能量的比例，从而实现对4个贴片天线的等幅激励。
本发明实施例的上述双极化微带贴片天线阵列可以应用在5G毫米波频段(24.25-27.5GHz)。上述介质基片厚度为0.762mm，介电常数为3.66，金属层厚度为0.035mm，方形贴片边长2.9mm，相邻两边刻蚀有长1.8mm宽0.2mm的矩形凹槽，方形金属地板边长6mm。
上述双极化微带贴片天线阵列的端口1和2分别馈电时在26GHz的xoz和yoz面方向图的仿真测试结果如图4-7所示，可以看出，仿真和测试结果具有很好的一致性，交叉极化和后向辐射较小，定向辐射特性良好。上述双极化微带贴片天线阵列的S参数和增益的测试仿真结果如图8、9所示，端口1和端口2的-10dB阻抗带宽均大于15.4％，端口1和端口2馈电时的最大增益分别为8和7.8dBi。
综上所述，本发明实施例利用基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络对双极化贴片天线阵列进行馈电；单层结构，结构紧凑，易于加工实现；具有良好的阻抗带宽和稳定的方向图和定向辐射特性。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，其特征在于，包括：双极化微带贴片天线阵列以及两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络；
所述基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络由位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体激元传输线、4段位于介质基片上表面的V型人工表面等离子体激元传输线以及用于连接基片上下表面传输线的集成于介质基片中的金属柱构成；
所述集成于介质基片中的金属柱位于下层直线型人工表面等离子体激元传输线终端开路处，与位于介质基片上表面的V形人工表面等离子体传输线最后一级枝节相连；
所述双极化微带贴片天线阵列的辐射贴片位于介质基片的上表面，金属地板位于介质基片的下表面。
2.根据权利要求1所述的人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，其特征在于，两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络结构相同，平行相向放置，实现对双极化微带贴片天线阵列的±45度极化馈电。
3.根据权利要求1所述的人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，其特征在于，所述基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络中位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线平行。
4.根据权利要求3所述的人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，其特征在于，所述位于介质基片上表面的前3段V形人工表面等离子体传输线枝节的水平部分与位于介质基片下表面的直线型终端开路的人工表面等离子体传输线之间具有一段可调的横向偏移量，各个横向偏移量相同或者不同。
5.根据权利要求1所述的人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列，其特征在于，所述辐射贴片为方形贴片，贴片的相邻两条边上刻蚀有矩形凹槽，馈电网络的四个V形耦合枝节的输出端口分别与四个贴片中的矩形凹槽相连；输入信号通过位于介质基片下表面的直线型人工表面等离子体激元传输线耦合到介质基片上表面的4个耦合枝节，继而激励辐射贴片进行辐射，通过控制前3个耦合枝节与主干传输线之间的横向偏移量来控制每个枝节耦合到能量的比例，从而实现对4个贴片天线的等幅激励。
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