[發明專利]一種基于表面等離激元的小型化微波天線

有效

• 申請號: 202010107240.7
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN111293423B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;陸佳元;韋存悅;張浩馳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種基于表面等離激元的小型化微波天線，該天線第一金屬層為菱形的金屬貼片，在該菱形的金屬貼片的中心設有一個大圓形孔，在該大圓形孔的圓周上均勻設有徑向分布的矩形槽；在其中兩個相鄰矩形槽之間的金屬枝節上設有兩個饋電金屬通孔，該饋電金屬通孔穿過第一介質層第二金屬層、第二介質層將第一金屬層與第三金屬層聯通；位于第一介質層和第二介質層之間的第二層金屬層，在所述饋電金屬通孔穿過的周圍設有圓環形槽，使得第二金屬層與饋電金屬通孔之間絕緣；第三金屬層為饋電結構，該饋電結構的內端與兩個饋電金屬通孔連接，外端與介質外邊緣相垂直的饋電微帶線連接。本發明實現圓極化天線的小型化設計，在實際中具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及基于新型人工電磁材料的微波技術領域，尤其涉及一種小型化圓極化天線的設計方法。

背景技術

圓極化天線能夠接收線極化波和旋向相同的圓極化波，同時對旋向相反的圓極化波具有好的隔離作用，從而降低多徑干擾，保證通信質量。這樣的特性使得圓極化天線在實際應用中相對靈活、適應性廣。圓極化天線能被應用在多種通訊系統中，如在氣象衛星、導航衛星等通信系統。圓極化天線還可以應用在廣播電視領域中從而可以實現降低鄰頻干擾。

表面等離激元(SPPs)是一種在兩種具有相反介電常數的媒質交界面激勵出的特殊電磁模式，它可以沿交界面傳播，并在其余方向呈指數形式衰減。表面等離激元本身具有一定的慢波特性，我們將表面等離激元應用在設計圓極化天線上從而實現天線的小型化。同時，由于矩形槽的引入，圓極化天線本身正交的模式之間存在一定的耦合，我們通過調控兩個模式之間的耦合來優化帶內阻抗。

發明內容

技術問題：本發明目的在于提供一種基于表面等離激元的小型化微波天線，與傳統的在高介電常數的介質板上設置矩形貼片的方法實現小型化天線設計相比，具有更高的輻射效率、更寬的工作帶寬，更容易滿足設計要求。

技術方案：本發明的一種基于表面等離激元的小型化微波天線包含兩層介質層和三層金屬層，從上到下順序設置為第一金屬層、第一介質層第二金屬層、第二介質層第三金屬層；其中，第一金屬層為菱形的金屬貼片，在該菱形的金屬貼片的中心設有一個大圓形孔，在該大圓形孔的圓周上均勻設有徑向分布的矩形槽；在其中兩個相鄰矩形槽之間的金屬枝節上設有兩個饋電金屬通孔，該饋電金屬通孔穿過第一介質層第二金屬層、第二介質層將第一金屬層與第三金屬層聯通；位于第一介質層和第二介質層之間的第二層金屬層，在所述饋電金屬通孔穿過的周圍設有圓環形槽，使得第二金屬層與饋電金屬通孔之間絕緣；第三金屬層為饋電結構，該饋電結構的內端與兩個饋電金屬通孔連接，外端與介質外邊緣相垂直的饋電微帶線連接。

其中：

所述的矩形槽的的中心交點與菱形貼片對角線交點相重合。

所述矩形槽的中，相鄰的兩矩形槽之間的夾角一致。

所述第一金屬層的金屬貼片采用菱形，通過改變菱形對角線長度的比值來調控一對正交的模式之間的耦合，從而實現天線工作頻帶內好的阻抗匹配。

所述矩形槽由一個槽圍繞中心點成一定角度旋轉復制得到，使得天線的一對本應該諧振頻率一致的正交模式產生耦合，從而分裂成兩個不同頻率的模式。

所述菱形的金屬貼片同一平面內，兩個圓形的饋電金屬通孔的圓心與菱形對角線交點的連線成90度角。

所述的第二金屬層，在饋電金屬通孔的兩個金屬柱周圍分別設有圓環形槽，該圓環形槽的外圈與內圈圓共圓心；圓環形槽的內圈在饋電金屬通孔的柱面上，外圈為第二金屬層。

所述的第三金屬層，該金屬層是一端口50歐姆微帶輸入，兩端口等幅、互成90度相位差輸出的巴倫電路。

所述的巴倫電路的兩個輸出枝節的末端，分別與兩個饋電金屬通孔相連接，從而向第一金屬層饋電。

有益效果：