[發(fā)明專利]一種端射式的人工表面等離激元天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610044463.7
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105552544A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔鐵軍;尹佳媛
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q13/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型人工電磁媒質(zhì)以及無線通信系統(tǒng)電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種端射 式的人工表面等離激元天線。

背景技術(shù)

近幾年來，人工表面等離激元在科研和工程領(lǐng)域引起了人們極大的興趣，人工表面 等離激元波導(dǎo)被認(rèn)為是微波段到太赫茲段很具前景的一種新型傳輸線。典型的人工表面 等離激元波導(dǎo)利用金屬表面層上的一維或者二維的亞波長周期結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人工表面等離 激元的傳播。其中，很多有價(jià)值的工作都是利用亞波長的褶皺結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。要實(shí)現(xiàn)人工 表面等離激元波導(dǎo)的廣泛應(yīng)用，就需要將其與傳統(tǒng)波導(dǎo)結(jié)合起來。隨著傳統(tǒng)波導(dǎo)到人工 表面等離激元波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu)逐漸簡化，基于人工表面等離激元的功能器件也逐漸引起 了大家的興趣。

任何通信系統(tǒng)中必不可少的部分就是天線，人工表面等離激元通信系統(tǒng)也不例外。 雖然現(xiàn)在已經(jīng)有一些基于人工表面等離激元的天線結(jié)構(gòu)，但是它們都比較復(fù)雜，天線體 積也比較大。印刷偶極子作為最基礎(chǔ)、應(yīng)用最普遍的天線，在射頻電路設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用 中都是非常方便的。然而在微波和太赫茲波段，偶極子的增益往往不是很高。幸運(yùn)的是， 具有特殊性質(zhì)的超材料可以解決偶極子在微波及太赫茲頻段的增益不高的問題。因此若 能將三者結(jié)合，人工表面等離激元和印刷偶極子都將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種端射式的人工表面等離激元天 線。該結(jié)構(gòu)利用傳統(tǒng)的微帶傳輸線進(jìn)行饋電，利用對踵放置在介質(zhì)上下兩層的寬度漸變 的金屬帶線結(jié)構(gòu)和槽深漸變的單邊褶皺帶線實(shí)現(xiàn)了從微帶傳輸線到表面等離激元波導(dǎo) 的高效轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用表面等離激元波導(dǎo)對印刷偶極子進(jìn)行饋電；再利用I形結(jié)構(gòu)諧振 器陣列對印刷偶極子的輻射特性做進(jìn)一步的提高。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種端射式的人工表面等離激元天線，包括 介質(zhì)基板、微帶線1、表面等離激元波導(dǎo)3、微帶線1到表面等離激元波導(dǎo)3的過渡傳 輸線2、印刷偶極子4和I形結(jié)構(gòu)諧振器陣列5；

微帶線1包括分別設(shè)置在介質(zhì)板上下兩側(cè)的金屬線和金屬地；微帶線1通過過渡傳 輸線2與表面等離激元波導(dǎo)3相連；表面等離激元波導(dǎo)3包括分別設(shè)置在介質(zhì)板上下兩 側(cè)、對踵放置的帶狀線，帶狀線的寬度與微帶線1中的金屬線的寬度相等，帶狀線上設(shè) 有周期性排列的、深度相等的凹槽；印刷偶極子4的兩臂分別與表面等離激元波導(dǎo)3上 下兩側(cè)的帶狀線相連；微帶線1通過過渡傳輸線2為表面等離激元波導(dǎo)3饋電，過渡傳 輸線2實(shí)現(xiàn)微帶線1和表面等離激元波導(dǎo)3之間的波數(shù)匹配和阻抗匹配；電磁波信號經(jīng) 表面等離激元波導(dǎo)3傳輸至印刷偶極子4并由印刷偶極子4輻射出去；I形結(jié)構(gòu)諧振器 陣列5設(shè)置在印刷偶極子4輸出端并與印刷偶極子4之間隔開距離M㎜；I形結(jié)構(gòu)諧振 器陣列5用于增加端射式的人工表面等離激元天線的增益。

進(jìn)一步的，所述過渡傳輸線2包括相連的第一過渡傳輸線2a和第二過渡傳輸線2b； 第一過渡傳輸線2a包括微帶線1上層金屬線的等寬延伸部分和下層金屬地的寬度漸變 延伸部分，寬度漸變延伸部分的寬度沿延伸方向由大到小漸變直至與微帶線1上層金屬 線的寬度相等；第二過渡傳輸線2b包括分別設(shè)置在介質(zhì)板上下兩側(cè)的、與微帶線1上 層金屬線寬度相等的單邊褶皺帶狀線，單邊褶皺帶狀線上沿長度方向設(shè)有周期性排列的 凹槽，單邊褶皺帶狀線上的凹槽深度沿長度方向逐漸加深直至與表面等離激元波導(dǎo)3上 的凹槽深度相等。

進(jìn)一步的，所述I形結(jié)構(gòu)諧振器陣列5包括8個(gè)由超材料制成的I形結(jié)構(gòu)諧振器， I形結(jié)構(gòu)諧振器由一根縱向金屬線和連接在縱向金屬線兩端的橫向金屬線組成，縱向金 屬線長度為5.5mm，橫向金屬線長度為5mm，縱向金屬線和橫向金屬線的寬度均為0.6mm 相鄰兩個(gè)I形結(jié)構(gòu)諧振器的間隔為0.7mm。

進(jìn)一步的，所述表面等離激元波導(dǎo)3上的凹槽為矩形凹槽，矩形凹槽寬度為2mm， 深度為4mm，凹槽間距為5mm。

進(jìn)一步的，所述印刷偶極子4的兩臂臂長均為11mm。