紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵制造技术

本发明专利技术公开了紧凑馈电网络型人工表面等离激元(SSPP)平板天线阵，涉及天线技术领域，该平板天线阵由SSPP功分网络和透射型相位梯度超表面组成。SSPP功分网络为1分2功分网络，使产生的SSPP不仅按照设计方向传输，并且SSPP能量按照设计比例传输。利用该SSPP功分网络馈电，通过透射型相位梯度超表面解耦，实现了两路紧凑型SSPP平板天线阵。仿真和实验验证表明，在6.7‑14GHz频段内，该SSPP平板天线阵平均增益为16.9dB，天线总效率均在80％以上，最高总效率达到了93.5％。

Compact Feed Network Artificial Surface Plasmon Flat Plate Antenna Array

The invention discloses a compact feed network artificial surface plasmon (SSPP) planar antenna array, which relates to the field of antenna technology. The planar antenna array consists of a SSPP power division network and a transmission phase gradient supersurface. SSPP power dividing network is a 1:2 power dividing network, so that the generated SSPP not only transmits in accordance with the design direction, but also transmits the SSPP energy in proportion to the design. Two compact SSPP planar antenna arrays are realized by using the transmission phase gradient super surface decoupling fed by the SSPP power division network. The simulation and experimental results show that the average gain of the SSPP antenna array is 16.9 dB in the 6.7 14 GHz band. The total efficiency of the antenna is above 80%, and the maximum total efficiency is 93.5%.

【技术实现步骤摘要】
紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵
本专利技术涉及天线
，特别是涉及紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵。
技术介绍
超表面是二维的超材料，通过超材料结构单元可引入不同反射/透射“相位突变”，将这些不同超材料结构单元按照某种排布方式进行空间组合，超表面可实现对电磁波传播方向、相位、传播模式、极化方式等特性的自由调控。因此，通过超表面不仅能够实现负反射、负折射效应，还能实现极化方式转换、异常反射/折射效应、表面电磁波耦合和解耦效应、平板聚焦等新颖的物理特性。正是由于超表面独特物理特性、更加灵活设计自由度和亚波长厚度特性，超表面在天线、微波器件、光学器件、隐身新技术等诸多领域具有广阔的应用前景，是当今国内外学术界的研究热点和前沿。传统的漏波天线存在开阻带现象，即当天线主波束经过边射方向时，辐射消失的现象。抑制开阻带现象一直是周期性漏波天线设计中重要研究方向。目前通过引进复合左右手材料设计周期单元可以抑制开阻带现象。通过设计不对称的等离激元波导，可以实现连续的漏波辐射。已经有前人设计了基于反射型相位梯度超表面的SSPP平板天线，在边射方向获得高效辐射可以避免该现象。事实上，基于相位梯度超表面的SSPP平板天线可以看作一种特殊的漏波天线，通过想为他梯度提供的人工波矢，除了零阶模式，使其他高阶的模式急剧降低。众所周知，人工表面等离激元(SpoofSurfacePlasmonPolariton，SSPP)的波矢ksspp远大于自由空间电磁波波矢k0。通过梯度超表面提供的“人工波矢”对反射波或透射波进行面内波矢补偿，可以使k0增大至ksspp，从而能够使空间电磁波耦合为SSPP。反过来，通过设计超表面提供的“人工波矢”方向与SSPP的波矢ksspp相反时，也可以使ksspp降低至k0，从而将SSPP转换为空间电磁波。目前主要通过采用反射型或透射型相位梯度超表面作为辐射面板实现SSPP平板天线。另外，对于天线阵来说，功率分配器是一个重要的组成部分。目前基于SSPP的功率分配器已经有Y型功率分配器，T型功率分配器等，但是仍然有两个问题有待解决，即如何保证产生的SSPP按照设计的方向传输，以及如何保证SSPP能量分配按照设计的比例进行。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了涉及紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵，可以解决现有传统漏波天线技术中存在的开阻带现象问题以及对于基于SSPP馈电网络的SSPP能量按照设计方向传输和分配问题。本专利技术提供了紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵，该天线阵包括透射型相位梯度超表面和功分网络，功分网络以一定距离安装在透射型相位梯度超表面的正下方；功分网络分为三部分，分别为依次连接的第I部分过渡区、第II部分功分区和第III部分直线型SSPP导波结构，过渡区包括金属层和位于金属层两侧的F4B介质基板，金属层包括中央金属层和边缘金属层，边缘金属层对称分布在中央金属层的上下两侧，中央金属层包括连接在一起的矩形部分和锯齿部分，锯齿部分的上下两端具有对称的矩形锯齿状凸起，且锯齿的高度沿远离矩形部分的方向逐渐变大，最终保持在固定的高度；边缘金属层在中央金属层的矩形部分上下两侧，并保持固定的距离，且边缘金属层在锯齿部分上下两侧的宽度沿远离矩形部分的方向逐渐减小，最终宽度减小到零；在锯齿部分远离矩形部分的一端设置有金属过孔；功分区由两列对称分布的圆弧型SSPP导波结构构成，每列圆弧形SSPP导波结构由两截平行于第I部分的直线型SSPP导波结构和两个四分一圆弧型波导结构组成，两个四分一圆弧型波导结构反向拼接，两个直线型SSPP导波结构分别连接在拼接后的导波结构两端，功分区的导波结构由单侧F4B介质基板和金属锯齿结构组成，该金属锯齿结构的末端开设有金属过孔，该金属过孔与过渡区中中央金属层的锯齿部分上的金属过孔连接在一起；第III部分的直线型SSPP导波结构包括两列与第I部分平行且对称分布的SSPP导波结构，也由单侧F4B介质基板和金属锯齿结构组成。本专利技术实施例中的涉及紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵，所述平板天线阵由SSPP功分网络和透射型相位梯度超表面组成。SSPP功分网络为1分2功分网络，使产生的SSPP不仅按照设计方向传输，并且SSPP能量按照设计比例传输。利用该SSPP功分网络馈电，通过透射型相位梯度超表面解耦，实现了两路紧凑型SSPP平板天线阵。仿真和实验验证表明，在6.7-14GHz频段内，可实现从前向到后向的连续扫描，避免了开阻带现象。该SSPP平板天线阵平均增益为16.9dB，天线总效率均在80％以上，最高总效率达到了93.5％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的紧凑馈电网络型SSPP平板天线阵的立体结构示意图，其中1表示透射型相位梯度超表面，2表示SSPP功分网络；图2为图1中SSPP功分馈电网络的结构示意图，其中(a)为紧凑馈电网络型SSPP平板天线阵的侧视图，(b)为1分2SSPP功分馈电网络俯视图，(c)为第I部分过渡区域侧视图，(d)和(e)分别为第II部分功分区的三维视图和俯视图，(f)为SSPP导波结构侧视图；图3为本专利技术采用的透射型线极化旋转超表面示意图，其中，(a)是透射型线极化旋转超表面单元三维结构视图，(b)是超表面结构单元中间层双箭头结构正视图，(c)是相位梯度超表面的超单元结构中间层双箭头阵列结构正视图；图4为本专利技术两路紧凑型馈电网络SSPP平板天线阵样品照片；图5为本专利技术两路紧凑型馈电网络SSPP平板天线阵的反射系数S11仿真结果和测试结果对比；图6为本专利技术f＝8GHz处，1分2SSPP功分馈电网络的近场(电场分量Ez)分布仿真结果，(a)为三维视图，(b)为俯视图，(c)为侧视图；图7为本专利技术两路紧凑型馈电网络SSPP平板天线阵的三维增益图，其中(a)为f＝7GHz时的增益图，(b)为f＝9GHz时的增益图，(c)为f＝11GHz时的增益图，(d)为f＝13GHz时的增益图；图8为本专利技术在6.7-14GHz频段内，两路紧凑型馈电网络SSPP平板天线阵的H面归一化方向图，其中(a)为仿真结果，(b)为测试结果；图9为SSPP平板天线阵主瓣方向的理论计算、仿真和测试结果对比；图10为SSPP平板天线阵仿真计算结果，其中(a)为峰值增益和H面半功率波束宽度，(b)为辐射效率和总效率。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，本专利技术实施例中提供了紧凑馈电网络型SSPP平板天线阵，该天线阵包括透射型相位梯度超表面1和功分网络2，功分网络以一定距离放置在透射型相位梯度超表面的正下方。参照图2，功分网络共分为三部分，分别为依次连接的第I部分过渡区，第II部分功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵，其特征在于，该天线阵包括透射型相位梯度超表面和功分网络，功分网络以一定距离安装在透射型相位梯度超表面的正下方；功分网络分为三部分，分别为依次连接的第I部分过渡区、第II部分功分区和第III部分直线型SSPP导波结构，过渡区包括金属层和位于金属层两侧的F4B介质基板，金属层包括中央金属层和边缘金属层，边缘金属层对称分布在中央金属层的上下两侧，中央金属层包括连接在一起的矩形部分和锯齿部分，锯齿部分的上下两端具有对称的矩形锯齿状凸起，且锯齿的高度沿远离矩形部分的方向逐渐变大，最终保持在固定的高度；边缘金属层在中央金属层的矩形部分上下两侧，并保持固定的距离，且边缘金属层在锯齿部分上下两侧的宽度沿远离矩形部分的方向逐渐减小，最终宽度减小到零；在锯齿部分远离矩形部分的一端设置有金属过孔；功分区由两列对称分布的圆弧型SSPP导波结构构成，每列圆弧形SSPP导波结构由两截平行于第I部分的直线型SSPP导波结构和两个四分一圆弧型波导结构组成，两个四分一圆弧型波导结构反向拼接，两个直线型SSPP导波结构分别连接在拼接后的导波结构两端，功分区的导波结构由单侧F4B介质基板和金属锯齿结构组成，该金属锯齿结构的末端开设有金属过孔，该金属过孔与过渡区中中央金属层的锯齿部分上的金属过孔连接在一起；第III部分的直线型SSPP导波结构包括两列与第I部分平行且对称分布的SSPP导波结构，也由单侧F4B介质基板和金属锯齿结构组成。...

【技术特征摘要】
1.紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵，其特征在于，该天线阵包括透射型相位梯度超表面和功分网络，功分网络以一定距离安装在透射型相位梯度超表面的正下方；功分网络分为三部分，分别为依次连接的第I部分过渡区、第II部分功分区和第III部分直线型SSPP导波结构，过渡区包括金属层和位于金属层两侧的F4B介质基板，金属层包括中央金属层和边缘金属层，边缘金属层对称分布在中央金属层的上下两侧，中央金属层包括连接在一起的矩形部分和锯齿部分，锯齿部分的上下两端具有对称的矩形锯齿状凸起，且锯齿的高度沿远离矩形部分的方向逐渐变大，最终保持在固定的高度；边缘金属层在中央金属层的矩形部分上下两侧，并保持固定的距离，且边缘金属层在锯齿部分上下两侧的宽度沿远离矩形部分的方向逐渐减小，最终宽度减小到零；在锯齿部分远离矩形部分的一端设置有金属过孔；功分区由两列对称分布的圆弧型SSPP导波结构构成，每列圆弧形SSPP导波结构由两截平行于第I部分的直线型SSPP...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红雅，马华，李勇峰，王甲富，韩亚娟，闫明宝，王军，庞永强，屈绍波，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61