一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线制造技术

本发明专利技术涉及微波天线技术领域，具体涉及一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，包括第一介质基板、第二介质基板、表面波波导部分、高阻抗表面部分和表面波激励器部分。本发明专利技术的平板端射天线，利用表面波波导和高阻抗表面分别对于表面波的传导与抑制功能实现了端射效果，具有良好的辐射增益、前后比以及增益平坦度等特性；本发明专利技术能够激励起表面波波导内的两个谐振模式，采用了具有宽阻带特性的高阻抗表面，实现了端射天线的宽带功能，相对中心带宽达到33.5％；本发明专利技术实现了平板天线的端射辐射性能和宽带阻抗带宽功能，结构简单、易于实施与集成，能有效增强雷达、通信、遥感遥测、电子对抗等应用中天线的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线
本专利技术涉及微波天线
，具体涉及一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线。
技术介绍
由于具有强方向性和高增益等优点，平板端射天线在当代军事与民用应用中显示了良好的性能并发挥着重要的作用。传统的平板端射天线主要包括有平板偶极子阵列、八木偶极子阵列，对数周期偶极子阵列、Vivaldi天线以及其他的一些设计，这些设计或因其阻抗带宽很窄，或因其在带宽内辐射增益平坦度较差，在实际应用中往往受到诸多限制。因此，拓宽天线的阻抗带宽并且保证带宽内的增益平坦度是平板端射天线研究与设计的难点，并且具有非常重大的现实意义。近年来，利用表面波技术的平板端射天线逐渐吸引研究者们的注意。电磁表面波是一种附着在两种传输煤质之间表面的特殊波，在偏离表面方向上呈指数衰减。文献“HorizontalDipoleLocatedClosetoGroundPlaneWithBidirectionalEndfireRadiation，(MeiLi，Shao-QiuXiao，JiangXiongandBing-ZhongWang，IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters，2014，13:1144-1147)”通过将水平偶极子放置在周期表面波波导之上提出了一种具有双端射辐射性能的平板天线。所设计的表面波波导能够激励其TE模式的表面波并在波导两侧的不连续处产生辐射，从而形成双端射方向图。然而，该设计的弊端是无法形成单向端射方向图，并且天线的阻抗带宽很窄，很难满足大多数实际应用的需求。文献“AYagi-UdaPlasmaMonopoleArray，(F.Sadeghikia，F.Hodjat-Kashani，J.Rashed-Mohassel，A.A.LotfiandJ.Ghayoomeh-Bozorgi，JournalofElectromagneticWavesandApplications，2012，26:885-894)”提出了一种基于表面波的八木单极子阵列天线，其可以在保证天线的增益与方向性几乎不变的前提之下通过改变等离子体单极子的激励功率实现天线谐振频率的重构(重构范围为中心频率的0.6倍频到1.6倍频)，从而展宽该端射天线的工作带宽。然而，该天线较高的设计复杂度以及宽带实现方式成为了其在实际应用中的障碍。从上述文献中可以看出，宽带平板端射天线在实际应用具有非常重要的研究意义与价值，因此需要在设计简单的基础之上大幅展宽平板端射天线的带宽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线的设计方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，包括第一介质基板、第二介质基板、表面波波导部分、高阻抗表面部分和表面波激励器部分，所述第一介质基板设置在第二介质基板的上方，所述表面波波导部分包括上层矩形贴片阵列和下层矩形贴片阵列，所述上层矩形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述下层矩形贴片阵列设置在第二介质基板的下表面，所述高阻抗表面部分包括上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列、探针阵列、下层地板贴片，所述上层十字形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述中层方形贴片阵列设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述下层地板贴片设置在第二介质基板的下表面，所述探针阵列贯穿第一介质基板，且探针阵列的两端分别与上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列连接，所述表面波激励器部分包括激励贴片、激励探针和探针接头，所述激励贴片设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述探针接头设置在下层矩形贴片阵列的底部，并构成射频输入，所述激励探针贯穿第二介质基板，且激励探针的两端分别与激励贴片、射频输入连接。进一步地，所述上层矩形贴片阵列、激励贴片、下层矩形贴片阵列自上而下依次对应设置。进一步地，所述十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列、下层地板贴片自上而下依次对应设置。进一步地，所述上层矩形贴片阵列由3×3个矩形贴片周期排布组成。进一步地，所述上层十字形贴片阵列由2×3个十字形贴片周期排布组成。进一步地，所述十字形贴片由方形贴片四角刻蚀四分之一圆形缝隙得到，且十字形贴片相互无缝连接。进一步地，所述中层方形贴片阵列由2×3个方形贴片周期排布组成，并且方形贴片相互之间存在缝隙。进一步地，所述下层矩形贴片阵列的结构与上层矩形贴片阵列的结构相同，在xoy平面上位置相同，在z方向上的距离为第一介质基板的厚度加上第二介质基板的厚度。本专利技术的工作原理：天线通过SMA接头探针馈电，激励信号通过激励探针传输到激励贴片上，使得激励贴片形成偶极子电流分布，在表面波波导内部激励起表面波；天线的辐射性能主要来源于表面波辐射，在表面波波导中的表面波沿着±x两个方向传播，其中沿+x方向传播的表面波由于右侧高阻抗表面的带阻特性而被抑制传播，沿着-x方向传播的表面波则在表面波波导的左侧边缘由于结构的不连续性向外辐射，因而形成了向-x方向的端射辐射性能；天线的宽带性能主要来源于多个模式表面波的协同工作，在表面波波导中，TE1和TE2模式的表面波能够被激励起，这两个模式分别工作在4.5GHz和5.5GHz频率处，两个谐振模式相结合便形成了宽带效应，相对中心带宽达到33.5％；所述高阻抗表面采用的是三层结构，等效电容串联的结构能够减小其等效电路模型的整体等效电容，进而增强了高阻抗表面的阻带带宽，目的是让其阻带带宽必须覆盖所述天线的阻抗带宽以达到抑制整个谐振带宽内朝-x方向传播的表面波的效果。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出了一种新型的平板端射天线，不同于常见的平板端射天线，其主要是利用表面波波导和高阻抗表面分别对于表面波的传导与抑制功能实现了端射效果，具有良好的辐射增益、前后比以及增益平坦度等特性；(2)本专利技术能够激励起表面波波导内的两个谐振模式，并且采用了一种具有宽阻带特性的高阻抗表面，成功地实现了端射天线的宽带功能，相对中心带宽达到33.5％；(3)本专利技术最终实现了平板天线的端射辐射性能和宽带阻抗带宽功能，同时具有结构简单易于实施与集成的优点。通过本专利技术的实施，能有效增强雷达、通信、遥感遥测、电子对抗等应用中天线的性能。附图说明图1为本专利技术天线的侧视图；图2为本专利技术天线的俯视图；图3为图1中的AA截面的示意图；图4为本专利技术天线的仰视图；图5为本专利技术天线的反射系数的仿真曲线；图6为本专利技术天线的4.5GHz频率上的xoz平面和xoy平面内的仿真辐射方向图；图7为本专利技术天线的5.5GHz频率上的xoz平面和xoy平面内的仿真辐射方向图；图8为本专利技术天线在带宽内仿真增益随频率的变化曲线；图中，1-第一介质基板，2-第二介质基板，3-上层矩形贴片阵列，4-下层矩形贴片阵列，5-上层十字形贴片阵列，6-中层方形贴片阵列，7-探针阵列，8-下层底板贴片，9-激励贴片，10-激励探针，11-探针接头。具体实施方式下面结合具体实施例和附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。本实施例提供一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射平板天线，其侧视图如图1所示，能够在保证良好的远场端射性能的同时实现较宽的阻抗带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，其特征在于，包括第一介质基板、第二介质基板、表面波波导部分、高阻抗表面部分和表面波激励器部分，所述第一介质基板设置在第二介质基板的上方，所述表面波波导部分包括上层矩形贴片阵列和下层矩形贴片阵列，所述上层矩形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述下层矩形贴片阵列设置在第二介质基板的下表面，所述高阻抗表面部分包括上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列、探针阵列、下层地板贴片，所述上层十字形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述中层方形贴片阵列设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述下层地板贴片设置在第二介质基板的下表面，所述探针阵列贯穿第一介质基板，且探针阵列的两端分别与上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列连接，所述表面波激励器部分包括激励贴片、激励探针和探针接头，所述激励贴片设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述探针接头设置在下层矩形贴片阵列的底部，所述激励探针贯穿第二介质基板。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，其特征在于，包括第一介质基板、第二介质基板、表面波波导部分、高阻抗表面部分和表面波激励器部分，所述第一介质基板设置在第二介质基板的上方，所述表面波波导部分包括上层矩形贴片阵列和下层矩形贴片阵列，所述上层矩形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述下层矩形贴片阵列设置在第二介质基板的下表面，所述高阻抗表面部分包括上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列、探针阵列、下层地板贴片，所述上层十字形贴片阵列设置在第一介质基板的上表面，所述中层方形贴片阵列设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述下层地板贴片设置在第二介质基板的下表面，所述探针阵列贯穿第一介质基板，且探针阵列的两端分别与上层十字形贴片阵列、中层方形贴片阵列连接，所述表面波激励器部分包括激励贴片、激励探针和探针接头，所述激励贴片设置在第一介质基板和第二介质基板之间，所述探针接头设置在下层矩形贴片阵列的底部，所述激励探针贯穿第二介质基板。2.根据权利要求1所述的一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，其特征在于，所述上层矩形贴片阵列、激励贴片、下层矩形贴片阵列自上而下依次对应设置。3.根据权利要求1所述的一种基于表面波波导和高阻抗表面的宽带端射天线，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：程友峰，丁霄，廖成，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51