[发明专利]一种基于等离子体激元的宽带天线

说明书

本发明公开一种基于等离子体激元的宽带天线，包括介质基板、设于介质基板上且相互电连接的馈电单元和辐射单元以及刻蚀在介质基板上的金属条带形成的激元透镜；所述介质基板为0.025～0.1λ₀的低剖面，λ₀为工作频率电磁波在真空中的波长；激元透镜与辐射单元共面，对沿E面和H面方向传播的电磁波进行汇聚，并处于非谐振状态。本发明通过共面透镜对E面和H面电磁波同时汇聚作用，有效提高了天线的的增益和方向性，并使天线工作在非谐振状态，使工作带宽宽，满足5G毫米波通信中对天线的要求，且低剖面，适应移动通信对电路低剖面的要求，使天线结构简洁。

技术领域：

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种基于等离子体激元的宽带天线。

背景技术：

毫米波频段的无线通信因为能够提供较高的数据传输速率（1-10Gb/s）已经越来越受到关注。在移动通信技术中，将充分利用毫米波频段（例如28GHz，39GHz，以及60GHz）的带宽资源，但是毫米波通信在空气中损耗较大。为了能够提供足够的信道容量，要求面向毫米波通信的天线要有较高的增益和较宽的带宽。

采用天线阵列的方式来提高天线的增益是一种常见的方法，但是随着频率的升高，馈电网络的损耗将会越来越大，尤其在毫米波频段。

采用透镜是目前提高天线增益的一种较好方式，这种方式虽然不再需要大规模的阵列，但是其体积相较于其他类型的天线相对较大。即使将超材料应用到这种天线设计中，采用超表面结构作为透镜，纵使这种天线相较于传统的介质透镜天线具有更加轻便、易于固定加工的优点，但还是难以满足移动通信对电路低剖面的要求，同时该种天线通常只能在平行于介质基板平面内实现对电磁波的会聚作用，在垂直于介质基板平面内没有会聚作用，提高增益也有限。此外，平面超表面透镜和目前的共面超表面透镜工作时基本结构单元均处于谐振状态，工作带宽窄，无法满足毫米波频段的应用。

发明内容：

本发明目的在于为克服上述现有技术之不足，提出一种基于等离子体激元的宽带天线，其技术方案如下：

一种基于等离子体激元的宽带天线，包括介质基板、设于介质基板上且相互电连接的馈电单元和辐射单元以及刻蚀在介质基板上的金属条带形成的激元透镜；所述介质基板为0.025～0.1λ₀的低剖面，λ₀为工作频率电磁波在真空中的波长；激元透镜与辐射单元共面，对沿E面和H面方向传播的电磁波进行汇聚，并处于非谐振状态。

本发明的进一步设计在于：

所述金属条带包括距馈电单元由近及远并依次连接的过渡首部、中间部和过渡尾部，所述过渡首部或过渡尾部的高度自与中间部的连接处起向首端或尾端逐渐收缩。

所述中间部为由若干等高的周期性激元传输结构单元并列形成；所述过渡首部或过渡尾部至少由若干不等高的周期性激元传输结构单元组成，并按激元传输结构单元的高度自与中间部的连接处起向首端或尾端逐渐收缩的并列方式形成。

所述等高的周期性等离子体激元传输结构单元和不等高的周期性等离子体激元传输结构单元的周期宽度P均小于1/4λ₀。

所述等高的周期性等离子体激元传输结构单元和不等高的周期性等离子体激元传输结构单元均呈矩形波的形状。

两相邻的所述等高的周期性等离子体激元传输结构单元和两相邻的所述不等高的周期性等离子体激元传输结构单元中的两波峰的间距a 0.125 λ₀。

所述等高的周期性等离子体激元传输结构单元中矩形波的波峰高度h 0.25 λ₀；所述若干不等高的周期性等离子体激元传输结构单元中最高矩形波的波峰高度h₁ 0.25λ₀。