[发明专利]基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线

说明书

本发明基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线，包括由介质基板、顶层传输线和顶层接地带构成的共面波导，顶层接地带连接有用于抑制电磁波后向传输和提高增益的金属梳状线，介质基板表面设置人工表面等离子体激元双波束天线，人工表面等离子体激元双波束天线具有对称的齿状结构。本发明通过平面SSPPs槽型结构的加载增强了SPPs表面波的束缚性，而天线中平面化SSPPs辐射结构的束缚能力随着齿槽深度的减小而下降，电磁波从传输模式转向辐射模式，因此可以调控表面波的传输或辐射来提高天线的增益，获得了最高15.3dBi的增益；并且实现了较宽频带上双波束的稳定辐射效果，可以应用在基站天线、车载雷达探测等方面。

技术领域

本发明涉及一种基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着通信业务的迅猛发展，用户数和流量急剧增加，为了减小由于网络负荷较高导致的低速率情况的发生，需要提高热点区域的信息容量，为了在基站上实现扩容的目的，可采用双波束天线来增加信道容量。传统的双波束天线，不仅可以应用在基站天线上，还可应用在车载雷达探测方面，其可以在不调整天线方位的情况下实现多方向的探测功能。但是仍有许多缺点：

1、传统的双波束天线，他们的增益不高；

2、同时这些双波束天线采用双馈电方式，一个端口对应一个波束，因此增加了馈电网路的复杂度。

行波长导线天线天然具有双波束的分叉对称效果，适合双波束天线的设计。而基于SSPPs结构加载的行波长导线利用了SPPs波的慢波效应，可以有效地减小天线的体积；同时，其SPPs波具有强束缚性。因此，发明人设想可以通过调整槽的深度来控制表面波的传输与辐射，以此提高天线的增益。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线, 该天线基于行波长导线天线辐射原理，通过加载SSPPs结构来提高天线的增益和减小天线的尺寸，实现了低剖面的设计目标。

一般的行波长导线天线是由长度大于一个波长、其上电流按行波分布的导线构成的天线，线上电流幅度相等、相位连续滞后。

其方向图呈现出以下特点：1、轴线方向无辐射；2、随着导线长度的增加，其最大辐射方向逐渐靠近轴线；3、当导线长度与波长之比很大时，主瓣方向随比值变化很小，且具有宽频带特性。

本发明提供的基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线，包括由介质基板、顶层传输线和顶层接地带构成的共面波导，其特征在于：所述顶层接地带连接有用于抑制电磁波后向传输和提高增益的金属梳状线，所述介质基板上表面还设有与顶层传输线连接的人工表面等离子体激元双波束天线，所述人工表面等离子体激元双波束天线具有对称的齿状结构。

进一步的，所述人工表面等离子体激元双波束天线具有靠近顶层传输线的均匀区域和远离顶层传输线的渐变区域，所述均匀区域的齿长和齿槽深度相等，渐变区域的齿长和齿槽深度在天线辐射方向上逐渐降低。

更进一步的，所述顶层接地带为矩形，所述金属条带设置于介质基板上表面，朝向天线辐射方向设置。

可见，相对于一般的行波长导线天线，本发明在该基础之上进行了如下改进：

1、通过平面SSPPs槽型结构的加载增强了SPPs表面波的束缚性，继而可以调控表面波的传输或辐射来提高天线的增益，获得了最高15.3dBi的增益；

2、平面化的天线结构不仅实现了低剖面的设计目标，还将传统的长导线天线转换成双波束天线，进一步实现了在目标方向上增益的提高；

3、实现了较宽频带（22.75GHz-25.7GHz）上双波束的稳定辐射效果，可以应用在基站天线、车载雷达探测等方面。

本发明是基于人工表面等离子体激元平面毫米波高增益双波束天线，具有以下有益效果：