[发明专利]一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列

说明书

本发明公开一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列。所述金属结构包括位于两端的共面波导传输线馈电部分(1)、共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡部分(2)、表面等离子激元波导部分(3)以及圆形金属贴片阵列(4)；表面等离子激元波导部分(3)位于中间，两个过渡部分(2)位于表面等离子激元波导部分(3)的两侧，两个共面波导传输线馈电部分(1)位于过渡部分(2)的两外侧，圆形金属贴片阵列(4)位于表面等离子激元波导部分(3)的上部；利用本发明的结构，可以实现在宽频带范围内，波束由后向到前向的宽角度扫描。

技术领域

本发明属于新型人工电磁媒质以及无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列。

背景技术

表面等离激元是一种由金属中自由电子与光波(电磁波)耦合引起的电磁模式，在金属和介质交界面传播，同时在垂直于交界面的方向上按指数衰减的表面波。然而，当频率降低到微波和太赫兹波段时，金属将不再支持这种表面等离激元。为了实现微波和太赫兹波段的表面等离激元，人们提出一种人工表面等离激元。利用金属表面层上的一维或者二维的亚波长周期结构实现人工表面等离激元的传播。其中，很多有价值的工作都是利用亚波长的褶皱结构实现的。

然而，要将人工表面等离激元应用于实际中，还需要将其和传统的传输线结合起来。为了实现传统微带传输线和表面等离激元波导间的高效转换，一种基于渐变槽深的褶皱带线和开口的金属地结构的转换被提出。转换结构的简化使得表面等离激元的应用进一步扩大。许多基于表面等离激元的功能器件已经被提出。但是将表面等离激元与漏波现象结合这一领域还相对空白。现有的基于表面等离激元的漏波模式的结构，一种是利用三维表面等离激元波导作为激励，使用金属贴片进行二次辐射。另一种则是利用亚波长开口金属块阵列，使在开口部分形成泄漏模式。虽然这两种方式都可以实现波束随频率的变化进行扫描，但是都会增加整体结构的尺寸，无法进行小型化应用，更不适合应用于现在流行的平面集成电路中。

本发明提出了一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列。该结构利用传统的共面波导传输线进行馈电，利用槽深渐变的单边褶皱带线和开口的金属地结构实现了从共面波导传输线到表面等离激元波导的高效转换，同时利用表面等离激元波导对圆形金属贴片阵列进行馈电，利用馈电引入的相位差实现随着频率的变化，波束扫描方向从后向到前向的变化。相比于已有的基于表面等离激元的漏波结构，本发明的辐射频率范围更大，效率更高，具有设计简单，易于加工，体积小，辐射效率高等优点，在未来微波和太赫兹波段的等离激元集成电路和通信系统中有着重要的前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列，实现频率变化时，波束从后向到前向的宽角度扫描。

技术方案：本发明的一种平面表面等离激元馈电的宽角度频率扫描贴片阵列，包括介质基底及其上层附有的金属结构，所述金属结构包括位于两端的共面波导传输线馈电部分、共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡部分、表面等离子激元波导部分以及圆形金属贴片阵列；表面等离子激元波导部分位于中间，两个过渡部分位于表面等离子激元波导部分的两侧，两个共面波导传输线馈电部分位于过渡部分的两外侧，圆形金属贴片阵列位于表面等离子激元波导部分的上部；

所述共面波导传输线馈电部分包括传输线中的中心导体和分布于传输线中的中心导体两侧的传输线中的金属地结构；

所述过渡部分由槽深渐变的单边褶皱带线和开口的金属地结构组成；所述槽深渐变的单边褶皱带线由传输线中的中心导体带线延伸而出，在槽深渐变的单边褶皱带线上均匀间隔开设有设定宽度的凹槽，所述凹槽随着延伸长度逐渐加深；

所述表面等离子激元波导部分由槽深相等的凹槽结构周期平移得到；

所述圆形金属贴片阵列为一排大小相等、等间距放置的圆形金属贴片，圆形金属贴片阵列位于表面等离子激元波导部分的上方。

其中：