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一种基于人工表面 等离子体激元的小型化定向 辐射天线

阅读：314发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，包括介质板，介质板的中心轴线上依次设有微带传输线和SSPPs传输线，微带SSPPs传输线的起始端和末端均设有过渡槽，微带传输线起始端的相对两侧分别对称设有共地面结构。该天线工作在26.265-32.088GHz，改善了微带天线的低增益和窄带的特性，SSPPs天线的大尺寸特点。实现了天线的小型化、高增益和宽带特性。，下面是一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：包括介质板，介质板的中心轴线上依次设有微带传输线和SSPPs传输线，微带SSPPs传输线的起始端和末端均设有过渡槽，微带传输线起始端的相对两侧分别对称设有共地面结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：所述共地面结构包括依次相接的矩形金属贴片II和带有曲线面的金属贴片I，矩形金属贴片II与微带传输线的起始端端面对齐。
3.根据权利要求2所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：所述金属贴片I上的曲线函数如下：
y＝C1ea×α+C2
其中， C2＝-C1，α＝0.7。
4.根据权利要求2所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：所述SSPPs传输线为周期设置的矩形凹槽结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：所述微带传输线与共地面结构之间存在间隙。
6.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：各所述过渡槽的高度沿着远离SSPPs传输线的方向依次减小。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，其特征在于：所述介质板的材料为Rogers 5880。

说明书全文

一种基于人工表面 等离子体激元的小型化定向 辐射天线

技术领域

[0001] 本发明属于电磁场与微波技术领域，涉及一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线。

背景技术

[0002] 人工表面等离子体激元本身具有较强的电磁场束缚特性，可以被应用到小型化，集成化的微波、太赫兹电路设计中，起到减小信号线之间的串扰的作用，同时还能适应不同的应用场景。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。

[0003] 但其中很多等离子体激元(SSPPs)天线的体积较大且结构复杂，不利于实际工程应用，所以将体积小型化并提高其工作效率和增益迫在眉睫。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，该天线在26.265-32.088GHz的较宽的工作频段内增益峰值可以达10.44dBi，平均效率达到了94.3％，具有良好的定向辐射特性。

[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，包括介质板，介质板的中心轴线上依次设有微带传输线和SSPPs传输线，微带SSPPs传输线的起始端和末端均设有过渡槽，微带传输线起始端的相对两侧分别对称设有共地面结构。

[0006] 本发明的特点还在于，

[0007] 共地面结构包括依次相接的矩形金属贴片II和带有曲线面的金属贴片I，矩形金属贴片II与微带传输线的起始端端面对齐。

[0008] 金属贴片I上的曲线函数如下：

[0009] y＝C1ea×α+C2

[0010] 其中， C2＝-C1，α＝0.7。

[0011] SSPPs传输线为周期设置的矩形凹槽结构。

[0012] 微带传输线与共地面结构之间存在间隙。

[0013] 各过渡槽的高度沿着远离SSPPs传输线的方向依次减小。

[0014] 介质板的材料为Rogers 5880。

[0015] 本发明的有益效果是，本发明通过特殊的过渡结构，在较宽的带宽内实现波矢匹配，并且该天线的最大增益和平均效率达到了10.44dBi和94.3％。该天线尺寸小巧，结构简单(单层单面)，便于加工和无线设备集成，制作工艺成熟，自动化程度高，节省成本，能够很好地应用于26.265-32.088GHz的系统中，此外，本发明天线体积小巧，容易加工，在5G毫米波频段以及Ka波段的卫星通信中具有较好的应用前景。附图说明

[0016] 图1是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线的正面结构示意图；

[0017] 图2是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线的反射系数结果曲线；

[0018] 图3是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线的增益和效率曲线；

[0019] 图4是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线工作在28GHz的E面的方向图；

[0020] 图5是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线工作在32GHz的E面的方向图；

[0021] 图6是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线工作在28GHz的H面的方向图；

[0022] 图7是本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线工作在32GHz的H面的方向图。

[0023] 图中，1.介质板，2.金属贴片I，3.微带传输线，4.SSPPs传输线，5.金属贴片II，6.过渡槽。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0025] 本发明一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，如图1所示，(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)包括介质板1，介质板1的中心轴线上依次设有微带传输线3和SSPPs传输线4，微带SSPPs传输线4的起始端和末端均设有过渡槽6，微带传输线3起始端的相对两侧分别对称设有共地面结构。

[0026] 共地面结构包括依次相接的矩形金属贴片II5和带有曲线面的金属贴片I2，矩形金属贴片II5与微带传输线的起始端端面对齐。

[0027] 金属贴片I2上的曲线以图1中A点为坐标原点，函数y＝f(x)如下所示：

[0028] y＝C1ea×α+C2

[0029] 其中， C2＝-C1，α＝0.7。

[0030] SSPPs传输线4为周期设置的矩形凹槽结构。该矩形凹槽结构为了和共地面的曲线结构改善天线的波矢匹配。

[0031] 微带传输线3与共地面结构之间存在间隙。该间隙是为了改善天线的阻抗匹配。

[0032] 各过渡槽6的高度沿着远离SSPPs传输线的方向依次减小。

[0033] 介质板的长度L1为46mm±1mm、宽度W1为16mm±1mm；

[0034] 微带传输线3的长度L2为45±1mm、宽度W2为1.5mm±0.1mm；

[0035] 微带传输线3起始两侧的金属贴片II5长度为L3、宽度为W3，金属贴片II5与微带传输线3的间隙为W4；

[0036] 微带SSPPs传输线4两端的过渡槽6数量各三个，微带SSPPs传输线4距微带传输线3的距离为L5，距微带SSPPs传输线4最远的过渡槽6的左边高度为H2，右边高度为H3，过渡槽6的长为L6；

[0037] 介质板1的材料为Rogers 5880，介电常数2.2。

[0038] 图2为本发明端射天线的输入反射系数，天线的输入反射系数是天线的一个主要性能特征。从图中可见，天线在26.265-32.088GHz的工作频段内均小于-10dB。

[0039] 图3是本发明端射天线的效率和增益曲线，增益和效率也是天线的主要性能特征。从图3可见，天线的增益峰值可以达到10.44dBi，平均效率达到了94.3％。

[0040] 图4是本发明端射天线工作在28GHz的E面的方向图；图5是本发明端射天线工作在32GHz的E面的方向图；图6是本发明端射天线工作在28GHz的H面的方向图；图7是本发明端射天线工作在32GHz的H面的方向图。通过图4、图5、图6、图7天线E面和H面的方向图可以看出该天线的具有良好的定向辐射特性。

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