[發明專利]一種介質加載型周期溝槽縫隙天線

無效

• 申請號: 200910244248.1
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101719597A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 馮沁;黃成;崔建華;趙澤宇;羅先剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及一種高輻射性能縫隙天線的設計方法，特別涉及一種介質加載型周期溝槽 縫隙天線。

背景技術

近來，H.J.Hezec等學者報道了在亞波長孔徑周圍加載一維或環形溝槽結構可以產生異 常透射和波束角很窄的定向波束，引起了研究人員的廣泛興趣。隨后有關其理論和應用不 斷出現，大多數學者把上述奇異現象的物理機制歸結于表面等離子體的共振激發增強以及 表面等離子體波的遠場衍射，并且把這種表面溝槽結構拓展到了太赫茲，微波波段。在微 波波段人們首先驗證了加載溝槽結構后的異常透射和beaming效應現象的存在。在天線領 域，一維和環形溝槽結構已經應用到縫隙陣列和微帶天線中，在電場極化方向上都能實現 筆直的波束，從而大幅度提高了天線的增益。然而該溝槽結構的周期近似波長，通常需要 若干周期才能實現beaming效應，于是使得整個天線尺寸太大，造成了口徑利用率的低下， 不能滿足天線日益小型化的需求。因此在不犧牲天線性能的前提下，如何減小溝槽的周期， 從而縮小天線口徑成為了人們需要研究的課題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對傳統周期溝槽縫隙天線中的溝槽結構周期近似波長， 使得天線口徑較大的問題，提供一種介質加載型周期溝槽縫隙天線，實現在縮小天線口徑的 同時，提高了縫隙天線的輻射性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種介質加載型周期溝槽縫隙天線，其 特征在于步驟如下：

(1)確定縫隙天線的工作頻率f；

(2)選擇金屬板材料，金屬板的厚度為h，h的大小滿足實際金屬加工即可，這里h 等于溝槽深度d+(1～3mm)；

(3)在所述金屬板的中央開一縫隙結構，其長度為sl，寬度為sw，并在金屬板下方 縫隙結構的背后相應地加載波導結構作為激勵源，激勵縫隙；所述金屬縫隙的長度0.4λ ＜sl＜0.55λ，sw為1-2mm；當金屬縫隙結構的長度sl＞0.55λ時，所述金屬縫隙的長度sl與 金屬板厚度h，波長λ的三者之間關系滿足(1λ)2=(12sl)2+(12h)2,]]>然后分別對sl和h進行 優化，如先給出sl的一個初始值，取0.6λ～0.75λ之間比較適中，然后算出h，在仿真軟 件中對h進行優化，當S11在中心頻率處優化到小于-10dB后，再對h或sl進行微調；

(4)在金屬板的出射面，金屬縫隙兩端對稱排布N個周期溝槽結構，溝槽的周期為P， 深度為d，寬度為w，第一個溝槽距離金屬縫隙中央的距離為P1；所述溝槽周期P為0.5 λ-0.8λ，溝槽深度d為0.05λ-0.2λ，溝槽寬度w為0.05λ-0.15λ，第一個溝槽距離金屬 縫隙中央的距離P1＜0.5λ；

(5)在相鄰溝槽結構之間加載介電常數為ε，厚度為t的介質；一種介質加載型周期 溝槽縫隙天線設計完成；

(6)利用現有的數控線切割或數控銑床加工及印刷電路板制版技術對所設計的介質加 載型周期溝槽縫隙天線進行制作。

步驟(2)中的金屬板為鋁，其形狀為正方形或矩形。

所述步驟(3)中的波導結構為標準的矩形波導結構，其電場偏振方向與溝槽方向垂直。

所述步驟(4)中的溝槽周期數目N為大于1的整數，并且N越大，能夠激發出的表 面波就越多，從而能夠調制更多的表面波并使其二次輻射出去，當N達到6時，單個天線 的增益會達到飽和。

所述步驟(5)中的介質，其介電常數ε取值為6-12。

所述的介質為微波板材，其厚度t為0.5-2mm。