[发明专利]基于人工表面等离子激元的高增益端射天线

说明书

本发明揭示了一种基于人工表面等离子激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）的高增益端射天线，包含了介质基片、上层金属贴片和下层金属贴片；所述的上层金属贴片位于介质基片的上表面，包括微带传输线、渐变形过渡槽、SSPPs传输线、偶极子的一部分以及引向器；所述的下层金属贴片位于介质基片的下表面，包括接地面、渐变形过渡槽、SSPPs传输线以及偶极子的一部分。该结构采用人工表面等离子体激元波导传输能量，在终端利用偶极子实现辐射，并且在天线的末端引入八木天线的引向器，利用接地面代替八木天线的反射器，从而提高增益。本发明优化了传统的偶极子端射天线，设计结构简单，工作带宽增大，减小了天线间的互耦，大幅度提高了天线增益。

技术领域

本发明涉及一种基于人工表面等离子激元的高增益端射天线，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。偶极子作为最基本、最常用的天线，由于其制作方便、与射频电路集成方便，在天线工程中得到了广泛的应用。然而，当应用于太赫兹频率的微波时，偶极子的增益明显偏低。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带宽和增益的增强、波束聚焦和频率重构。本发明设计的天线就是将超材料技术和偶极子向结合，使得到更广泛的应用。

发明内容

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高增益端射天线，解决了偶极子天线增益低的问题并且为今后研究具有增益更高的天线打下基础。

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高增益端射天线，高增益端射天线为单层结构，包含了介质基片、顶层金属层和底层金属层；顶层金属层位于介质基片的上表面，包括微带传输线、渐变形过渡槽、SSPPs传输线、偶极子的一部分以及引向器；底层金属层位于介质基片的下表面，包括接地面、渐变形过渡槽、SSPPs传输线以及偶极子的一部分；微带传输线馈电经过渐变过渡槽后采用SSPPs传输线波导传输能量，在终端利用偶极子实现能量辐射，在天线的末端引入八木天线的引向器，利用接地面代替八木天线的反射器，提高增益，形成高增益端射天线。

本发明进一步限定的技术方案为：

优选地，所述顶层金属层中微带传输线（5）到SSPPs传输线（7）中间的过渡带采用梯形渐变槽结构。

优选地，渐变槽一共有8个，依次加深，直至和SSPPs传输线的槽等深。

优选地，所述顶层金属层中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。

优选地，所述顶层金属层右端的引向器从左到右间距是逐渐增大的，长度是逐渐缩短的。

优选地，所述底层金属层的接地面是一个U形接地面。

优选地，所述底层金属层中的传输线和偶极子同上表面金属的传输线和偶极子是完全对称反向的，即形状、大小相同，方向相反。

优选地，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。