[发明专利]一种基于表面等离子激元增强传输特性的微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带天线，特别涉及一种基于表面等离子激元增强传输特性的微带天线，属于微波天线技术领域。

背景技术

目前，电磁超介质在电磁学等各领域引起了广泛的兴趣和关注，其中对表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons，以下简称SPPs)的研究是学术界中重要的研究方向。SPPs是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。在金属的表面制作一些特定的结构，例如小孔阵列、圆环阵列等，可以改变SPPs与光的相互作用。SPPs增强传输特性由Ebbesen等人提出，他们的实验结果表明利用SPPs较短的有效波长和近场增强效应，可以显著提高亚波长孔洞的传输行为。SPPs增强传输特性在天线技术上应用主要体现在对辐射电磁波的波束控制，提高传统平板缝隙天线的增益上。这类天线的带宽较宽，增益接近于标准增益喇叭，并且剖面厚度远低于喇叭，可以作为反射面馈源喇叭的一种替代方案，但是工程中还存在很大的局限。其原因是光频段的表面等离子体结构为双面刻蚀周期槽线或孔洞的金属薄膜，薄膜厚度约为一个波长。将这种SPPs结构直接应用于微波段天线系统，相对的金属板的厚度仍然接近一个波长，例如在L波段，则金属板厚接近200mm，这种天线的质量和体积在实际条件下几乎不可能得到应用。因此亟需研究一种全新的微波段SPPs结构，对天线进行重新设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可轻型化、小型化的基于表面等离子激元增强传输特性的微带天线，在提高传统缝隙天线性能的条件下，减小了天线的质量和体积。

本发明的技术解决方案是：一种基于表面等离子激元增强传输特性的微带天线，包括接地板、微带表面辐射单元、微带表面等离子激元结构和馈电结构，微带表面等离子激元结构包括金属片和短路钉，金属片通过短路钉与接地板连接，金属片在接地板平行分布，短路钉在金属片呈条状均布，相邻短路钉之间的间距a为分布在金属片边缘上的短路钉离金属片边缘距离s为短路钉的直径相邻金属片之间间距g为金属片与接地板间距即短路钉长度h为金属片的宽度w为的整数倍，金属片的长度l＞2λ₀，λ₀为天线工作波长。

所述的金属片的数量为5～7个。

所述的微带表面辐射单元采用矩形辐射缝隙，矩形辐射缝隙的长度为矩形辐射缝隙与金属片平行。

所述的馈电结构采用标准矩形波导。

所述的微带表面等离子激元结构采用印刷电路板刻蚀工艺，在覆铜介质板的一面刻蚀金属片阵列，在金属片上均匀加工金属化过孔，使金属片与接地板间形成电连接，相邻金属化过孔之间的间距a为分布在金属片边缘上金属化过孔的离金属片边缘距离s为金属化过孔的直径φ相邻金属片之间间距g为金属片与接地板间距即金属化过孔深度h为金属片的宽度w为的整数倍，金属片的长度其中λ₀为天线工作波长，ε_r为覆铜介质板介电常数。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用特定方式排列的金属片——短路钉——接地板结构形式，可以有效降低天线的质量和体积，使微带天线轻型化和小型化成为可能；

(2)本发明通过调整微带表面等离子体激元结构的尺寸参数，可以增加微带辐射单元的有效口径，显著提高天线增益；

(3)本发明具有剖面低，频带较宽，增益较高等优点，可应用于机载或弹载的共面共形天线系统中，有广泛的市场应用前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图(局部剖开)；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明金属板和短路钉结构示意图；

图4为本发明单个金属板与接地板结构示意图。

具体实施方式

本发明如图1、2所示，包括接地板1、微带表面辐射单元2、微带表面等离子激元结构3和馈电结构4。微带表面等离子激元结构3的形式为按特定方式排列的金属片——短路钉——接地板，微带辐射单元可以是各种形状的微带贴片或辐射缝隙，以波导或微带线进行馈电。

以下结合具体实施例详细说明本发明，本发明的天线由位于接地板1中心的矩形辐射缝隙(微带表面辐射单元2)，以及表面等离子体结构3，馈电方式采用标准矩形波导。

矩形辐射缝隙的长度约为1/2工作波长，最佳为矩形辐射缝隙与金属片平行，λ₀为天线工作波长。波导通常选用标准波导，例如：BJ120、BJ220、BJ260等，具体型号要由工作频带来定。