[发明专利]一种定向宽带高效率表面波激励装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向宽带高效率表面波激励装置，属于高速无线通信与互联技术领域。

背景技术

1907年,Zenneck利用Maxwell方程推导出了表面波的解表达式，在理论上证明了表面波的存在。Zenneck表面波(简称“表面波”)具有如下四个独特的特性：

节约功率：相对于空间波的三维球面传输，表面波为二维平面传输，因此表面波功率以1/r而不是1/r²的比例衰减，降低了功率需求，这在毫米波频段是非常重要的；

电磁兼容性好：垂直表面方向的电场指数衰减，展示出了独特的非辐射特性，避免了不期望的监测和干扰，也不会干扰其它链路(对于60GHz，电场对应的高度仅为几个毫米)；

非可视传输：表面波紧贴物体表面进行传输，展示出了导波特性，让不可视路径的传输成为可能。这些情况下，传统的无线技术面临着困境；

可靠性高：表面波通道是可靠的通信通道，相对于有线网络链路中的连接器或电缆引起的单点失效，表面发生毁坏后虽然一部分表面波转化为空间波，引起传输损耗，但是，如果在链路预算时预留一定的余量，通信链路就不会中断，且可以在方便的时候进行维修。

表面波的上述特性使其具有节约功率、多点通信与非视距通信、电磁兼容性好(难以侦收，多径影响小)、有较大的灵活性和较高的可靠性等优点，近年来，表面波的这些独特特性引起了许多学者的广泛兴趣，许多基于表面波的应用系统如无线人体区域网络、民航客机的无线娱乐系统、短距离宽带无线数据传输网络、无线局域多CPU无线互联网络、平台的健康监测、表面波海面通信系统、表面波雷达系统以及表面波天线被陆续提出。

然而，作为表面波无线通信系统中的关键部件，激励装置主要分为两种类型：一类为全向的表面波激励装置，一类为定向的表面波激励装置。其中，全向的主要采用端射缝隙阵/偶极子/单极子等简单激励源来激励表面波，缝隙/偶极子/单极子等激励源的窄带特性限制了它的广泛应用，需要研究具有宽频带特性的全向表面波激励源。对于第二类定向的激励装置，文献[1](Turner,J.,Jessup,M.,Tong,K.-F.,“A Novel Technique Enabling the Realisation of 60GHz Body Area Networks,”2012Ninth Int.Conf.Wearable and Implantable Body Sensor Networks(BSN),pp.58–62,May 2012.)采用波同转换作为激励源进行了表面波的无线传输传输实验，由于波导同轴转换的口径并非最佳，因此激励的效率较低。此外，该激励装置无法在表面波表面上灵活移动，因此无法满足实际移动终端对使用的要求，仅仅能够作为表面波性能的测试装置。文献[2][3]([2]A.F.Kay and F.J.Zucker"Efficiency of surface wave excitation",1955IRE Convention Record,21-25March 1955,vol.3,New York,NY,USA,PP.1～5。[3]G.J.Rich，“The Launching of a Plane Surface Wave”，Proceedings of the IEE-Part B:Radio and Electronic Engineering,Volume 102,Issue 2,March 1955,PP.237–246.)采用喇叭作为定向激励装置，文中仅将喇叭作为窄带激励表面波的实验装置，没有对宽带特性进行分析，由于采用同轴-波导馈电的单一口径来激励表面波，因此它的激励带宽应在2：1个倍频程左右。此外，该激励装置还存在与电抗表面机械耦合设计，不便于灵活应用等缺点。综上，现有的表面波激励装置的研究还不足以支持上述应用需求，缺乏宽频带的、高效率的表面波激励装置，而本发明的重点是提出了一种新型的定向宽带高效率表面波激励装置。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，根据表面波应用特点，提出了一种新型的定向宽带高效率表面波激励装置，并实现了在表面波表面上灵活移动，增强了应用的灵活性。该激励装置可与表面波表面组成表面波无线传输系统，能够满足未来毫米波频段对高速大数据的无线快速传输应用需求。

本发明的技术解决方案如下：

一种定向宽带高效率表面波激励装置，包括：输入匹配段、激励段和盖板，其中输入匹配段包括同轴连接器、同轴-脊波导转换以及脊波导-波导转换；激励段包括向上激励段和向下激励段；