[发明专利]基于人工表面等离子体馈电的双频带频率扫描天线

说明书

本发明公开了一种基于spoof SPPs的双频带频率扫描天线实现了在4‑9GHz从90°和196°以及在16‑32Ghz内从126°‑192°的双频段频率扫描，两个频段内扫描角度分别为106°和66°。实物图如附图摘要所示。仿真及实验结果一致表明，该天线在工作频段内增益在10‑12dBi之间，辐射效率平均值为约为90％。所提出的频率扫描天线是二维平面结构，具有结构简单，易于加工等优点，由于spoof SPPs的高度场强限制，可以与其他电路结构近距离集成而不产生耦合，这些优点在体积有限的集成电路中具有很大的价值。该天线可应用的两个频点对应第五代移动通信技术的两个主要应用频段，可应用于平面集成通信系统和第五代无线通信系统。

技术领域

本章提出一种基于spoof SPPs馈电的双频带频率扫描天线。该天线通过将 不同蚀刻深度矩形孔的金属光栅串联，使spoof SPPs传输线有两个截止频率。 在对应的金属光栅两边等间距加载特定尺寸的圆形贴片，使天线在两个工作频段 实现同向辐射，并且均能在各自频点附近一定频率范围内实现频率波束扫描。

背景技术

漏波天线是一种具有较宽的阻抗带宽和高增益定向辐射特性的天线，同时 也有很强的方向性和频率扫描特性。改变天线单元结构或调整天线工作频段，天 线主瓣辐射方向也将随之发生变化。近几年，为了适应天线结构小型化，平面化， 集成化的趋势，关于漏波天线的研究也从矩形波导、圆波导、金属波导等基本结 构转向平面化。基于人工表面等离子体馈电的漏波天线具有尺寸紧凑，易于加工 制造，易于平面电路集成、辐射性能良好等特点，近几年来被广泛研究。

Spoof SPPs结构的传播常数大于同频率下光的传播常数，呈现慢波模式， 能够将电场约束在亚波长范围内并延传输线向前传播。但是当有其他结构靠近 时，被束缚在传输线周围的电场会与之发生耦合，打破电磁波的这种约束模式。 基于以上原理，提出一种基于spoof SPPs馈电的双频带频率扫描天线。

发明内容

发明目的：所提出的频率扫描天线是二维平面结构，具有结构简单，易于 加工等优点，由于spoof SPPs的高度场强限制，可以与其他电路结构近距离集 成而不产生耦合，这些优点在体积有限的集成电路中具有很大的价值。该天线可 应用的两个频点对应第五代移动通信技术的两个主要应用频段，可应用于平面集 成通信系统和第五代无线通信系统。具有良好前景。

技术方案：本章中所提出的spoof SPPs馈电结构，是由介质基底与其上层 所覆盖的金属光栅组成。在金属条带上周期性蚀刻矩形孔构成金属光栅，使spoof SPPs传输线能够在微波频段内传输人工表面波，通过改变结构的参数尺 寸来影响色散特性以及对电磁场的约束能力。分析几何参数对人工表面等离子体 结构截止频率的影响。然后对人工表面等离子体馈线进行设计，采用共面波导与 spoof SPPs波导结构的转换方式。最后对漏波辐射结构进行分析与设计，提出 一种圆贴片阵列结构，该结构可以将约束在spoof SPPs传输线结构周围的人工 表面波转化为自由空间辐射波，分析贴片阵列的位置对天线整体的匹配情况的影 响。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.在金属条带上周期性蚀刻矩形孔构成金属光栅，使spoof SPPs传输线能 够在微波频段内传输人工表面波，具体分析矩形孔深度变化是如何对spoof SPPs 传输线结构色散特性产生影响的。在矩形孔深度d＝2mm时，频率大于34GHz后人 工表面波不再传输，而当矩形孔深度d＝9mm时，该结构中频率高于12.2GHz时人 工表面波截止不再传输。可以利用spoof SPPs结构的这一特性，将蚀刻不同深 度孔的金属光栅串联，从而使同一个传输线拥有两个不同的截止频率。

2.spoof SPPs传输线起到馈电结构作用，人工表面波紧紧束缚在传输线周 围。在传输线附近加载周期排列圆形金属贴片阵列，达到耦合和激发出自由空间 辐射波的有益效果。