[发明专利]基于人工表面等离子激元的对数周期天线

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）的对数周期天线，包含了介质基片和上层金属片：所述的上层金属贴片位于介质基片的上表面，包括共面波导结构、SSPPs传输线以及天线振子。该结构采用共面波导馈电，通过SSPPs波导传输能量，利用对数周期天线的天线振子将能量辐射出去，形成高增益的行波天线。由于SSPPs是单导体结构，而传统的对数周期偶极子天线是双导体结构，将二者结合，使得对数周期偶极子天线的对称振子均在同一面上，形成单导体结构。这种新型的基于人工表面等离子激元的对数周期天线，结构更加简单，减少了传输损耗，在集成单导体天线中具有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及一种基于人工表面等离子激元的对数周期天线，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。对数周期天线作为非频变天线，其电特性能够在很宽的频带内保持基本不变，在天线工程中也得到了广泛的应用。但一般的对数周期偶极子天线结构比较大，且有一定的传输损耗。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小型化、减少传输损耗以及带宽和增益的增强。本发明设计的天线就是将超材料技术和对数周期天线相结合，使得到更广泛的应用。

发明内容

为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对数周期天线，解决了辐射损耗大的问题并且为今后研究高增益天线打下基础。

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对数周期天线，所述对数周期天线为单层结构，包含了介质基片和上层金属层；所述的上层金属层位于介质基片的上表面，所述上层金属层上设置有天线结构，包括共面波导、渐变形过渡槽、SSPPs传输线以及天线振子；所述的天线结构采用共面波导馈电，经过渐变过渡槽后采用SSPPs波导传输能量，最后通过天线振子将能量辐射出去，形成基于人工表面等离子激元的对数周期天线。

优选地，所述SSPPs传输线为周期性结构，沟槽的深度和宽度都是相同的。

优选地，所述微带线到SSPPs传输线之间的过渡带采用的是梯形渐变部分。

优选地，所述介质基片上表面金属的辐射端由七根天线振子组成，从左到右长度依次减少。

优选地，所述介质基片为FR4介质板，介电常数为2.65，厚度为0.8毫米。

优选地，所述介质基片上表面金属层上下两侧的渐变曲面为共面波导的接地面。

优选地，所述介质基片上表面金属层的天线振子均在同一侧。

优选地，所述介质基片上表面金属层的共面波导部分与传输线有一定的间隙。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该对数周期天线结构简单、体积小、易于集成，与传统的对数周期偶极子天线相比，所提出的基于SSPPs的对数周期天线简化了天线的结构，将对数周期偶极子天线双导体结构转变为单导体结构。同时，由于人工表面等离子激元的束缚性很强，人工表面等离子激元波导能够提供更紧凑的平面结构，可以在没有明显相互耦合的情况下，与其他平面器件进行制作，能够保持能量的完整性和较小的波导损耗。仿真的试验结果也表明该结构具有良好的性能。结果显示，天线可以工作在6.9-10.7GHz的频带内，相对带宽为43%，符合周期对数天线的宽带宽的特性。