[发明专利]一种二维沟槽定向微带贴片天线

权利要求书

1.一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定微带贴片天线的工作波长λ；

(2)选择一种金属板材料，金属板的厚度为h；

(3)在金属板表面中央处放上微带贴片天线作为辐射源，其中微带贴片天线和金属板之 间用介质基底隔开；

(4)利用同轴线对微带贴片天线进行馈电；

(5)在金属板的出射面，微带贴片天线周围周期性排布N1个环形“牛眼”沟槽结构， 沟槽的周期为P1，深度为d1，宽度为w1；

(6)在“牛眼”沟槽结构外紧接着周期性排布N2个传统沟槽结构，沟槽的周期为P2， 深度为d2，宽度为w2；一种二维沟槽定向微带贴片天线设计完成。

2.根据权利要求1所述的一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于所述 步骤(2)中的金属板材料在微波波段选择为金属铝，其形状为正方形，矩形或圆形。

3.根据权利要求1所述的一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于所述 步骤(5)中的“牛眼”沟槽深度d1取值为0.18λ～0.22λ，沟槽宽度w1为0.5λ～0.7λ。

4.根据权利要求1所述的一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于所述 步骤(5)中的“牛眼”沟槽周期数目N1为大于等于1的整数，并且N1越大，微带贴片天线 辐射产生的表面波受到“牛眼”沟槽调制地更充分，表面波能量大部分都二次辐射出去，因 此该天线的增益也越大，但是N1增加到一定值，天线的增益会达到饱和，同时考虑到整个天 线系统小型化的要求，这里根据具体需要来设置“牛眼”沟槽结构的周期数目N1。

5.根据权利要求1所述的一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于所述 步骤(5)中的“牛眼”沟槽结构沟槽周期P1确定过程如下所示：

根据以下公式(1)表面等离子体的色散关系和公式(2)光栅方程：

ksp=k0ϵmϵ0ϵm+ϵ0---(1)]]>

ksp=k0sinθ±N2πP1---(2)]]>

其中k_sp和k₀分别为表面等离子体和入射波的波矢，ε_m和ε₀分别为金属和空气介质的介 电常数，θ为入射方向跟法线的夹角，N代表衍射级次；由于在微波波段，金属的介电常数 非常大，近似为10e6，而空气的介电常数为1，根据公式(1)，近似得到k_sp≈k₀，但是在自 由空间中，表面等离子体的波矢大于入射光的波矢，故k_sp略大于k₀，由于“牛眼”沟槽结构 的微带贴片天线的辐射方向图呈beaming效应，即出射的能量局限在法线附近；根据互易原 理，θ很小，取N＝1，于是根据公式(2)有耦合的表面等离子体波矢得 到P1小于工作波长λ，即“牛眼”沟槽周期P1要小于工作波长λ；最后在整个天线系统仿 真计算时，再对P1进行优化处理，获得最佳辐射性能的天线。

6.根据权利要求1所述的一种二维沟槽定向微带贴片天线的设计方法，其特征在于所述 步骤(6)中的沟槽周期P2取值为0.1λ～0.3λ，沟槽深度d2取值为0.25λ，沟槽宽度 w2取值为P2/4～P2/2和沟槽个数N2取为4～6个。