基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵制造技术

基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵，包括微带人工表面等离激元天线阵列和超表面。微带人工表面等离激元天线阵列包括三个微带人工表面等离激元天线单元。微带人工表面等离激元天线单元包括微带结构馈电部分、上层金属线带孔的微带辐射部分和一系列金属通。超表面包括若干个矩形金属环和圆形金属贴片。本发明专利技术的波束扫描天线阵，通过在微带线的上金属层开孔结构，成功将准TEM波转化成TM波，并利用其高次模特性，实现了宽角度的波束扫描的性能；通过将其组成阵列结构，实现了高增益的性能；通过在阵列天线上放置超表面结构，来进一步拓宽天线阵列的波束扫描角度；相比传统的波束扫描天线，具有更高的增益以及波束扫描的角度。波束扫描的角度。波束扫描的角度。

【技术实现步骤摘要】
基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵


[0001]本专利技术涉及波束扫描天线，具体涉及一种基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵。

技术介绍

[0002]近些年来，随着无线通信技术的迅速发展，宽角度波束扫描天线在通信系统中发挥着越来越重要的作用。人工表面等离激元(Spoof surface plasmon polarons,SSPPs)是由金属中自由电子与光耦合而产生的电磁波，它继承了表面等离激元(SPPs)的大部分优异性能，如场约束性和非衍射极限等。随着科学研究的发展，各种各样的SSPPs被提出应用于实际之中。
[0003]SSPPs波是一种慢波模式，不会将能量辐射到自由空间中去。为了将这种慢波辐射到自由空间中，Yin等人设计的锥形结构“Direct radiations of surface plasmon polariton waves by gradient groove depth and flaring metal structure”在IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.(2016,15:865
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868)上发表；Yin等人设计的负载谐振单元结构“Frequency
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controlled broad
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angle beam scanning of patch array fed by spoof surface plasmon polaritons”在IEEE Trans.Antennas Propag.(2016,64(12):5181
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5189.)上发表；Zheng等人设计的周期性漏波天线“High
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gain and wideband antenna arrays:Introducing three patch antenna arrays to show the advantages of SPPWs used in a feed network”在IEEE Antennas Propag.Mag.(2016,58(40):22
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34)上发表。最近，Wang等人在Appl.Phys.Lett.,(2018,113(7):071101)上发表的“An ultra
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thin coplanar waveguide filter based on the spoof surface plasmon polaritons”中提出了一种新的SSPPs设计，它利用在金属线上蚀刻的周期性孔阵列实现了准TEM模式向TM模式的转化，并实现了高效，多频带等性能，同时移除了传统的模式转化结构来实现了小型化的特性。该设计概念也许可以很好的将SSPPs波激发辐射到自由空间中。
[0004]目前，大部分的波束扫描天线都是基于提出的扩口地共面波导来激励和利用渐变的齿轮状结构作为馈电结构，通过激励圆形金属贴片等结构来实现波束扫描特性。然而这些设计不利于波束扫描角度和带宽的提高。于是，Wang等人在文献IEEE Trans.Antennas Propag.(2020,68(11):7652
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7657)“Wide
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angle frequency beam scanning antenna based on the higher
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order modes of spoof surface plasmon polariton”中提出了基于共面波导的波束扫描天线，该结构虽然实现了宽角度的波束扫描角度，然而却不利于组成阵列。如今随着微波技术的快速发展，对波束扫描天线的带宽、波束扫描角度，天线增益等要求也不断的提高。因此如何设计出满足宽带宽、宽波束扫描角、高增益等特点的波束扫描天线成为目前研究热点和难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种宽带宽、宽波束扫描角度、高增益的超表面与人工表
面等离激元的宽角度波束扫描天线阵。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于超表面与人工表面等离激元(Spoof surface plasmon polarons,SSPPs)的宽角度波束扫描天线阵，包括微带结构的人工表面等离激元天线阵列和超表面两部分。微带人工表面等离激元天线阵列由三个微带人工表面等离激元天线单元组成。微带人工表面等离激元天线单元由微带结构馈电部分，上层金属线带孔的微带辐射部分，以及一系列的金属通孔组成。微带结构的人工表面等离激元天线阵列印制在厚度为2.286毫米介质基板上。超表面由若干个矩形金属环和圆形金属贴片按周期性结构排列，分别印刷在三层厚度为0.254毫米的介质基板的正反两面上。
[0008]作为本专利技术进一步改进的技术方案，人工表面等离激元天线阵列中每个阵列单元都由SMA接头馈电。天线单元的上金属线接SMA结构的内芯，下金属地接SMA结构的外芯。
[0009]作为本专利技术进一步改进的技术方案，微带结构的人工表面等离激元天线阵列中的天线单元的带孔的上金属线和下金属地的宽度分别为9mm和20mm，上金属线中孔的半径是4.3mm，所述的金属通孔半径为0.2mm，金属通孔间的间距为0.6mm。
[0010]作为本专利技术进一步改进的技术方案，超表面由若干个矩形金属环和圆形金属贴片组成。矩形金属环的内外金属宽度分别为8.6mm和10mm，圆形金属贴片的半径分别从超表面中心位置向左和向右以2mm和0.2mm为初始半径递增，向左每两个单元半径递增0.25mm，向右每个单元半径递增0.1mm。矩形金属环和圆形金属贴片按照长度10mm周期性排列成超表面的结构。
[0011]作为本专利技术进一步改进的技术方案，波束扫描天线所用介质基板为Rogers4350B，相对介电常数为3.66，损耗正切为0.0027，厚度为2.286mm。超表面所用的介质基板为Rogers4350B，相对介电常数为3.66，损耗正切为0.0027，厚度为0.254mm。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术的一种基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵，通过在标准的微带线的上金属线上刻上周期性的孔阵列，成功将能量辐射到了自由空间，并实现了宽带宽、宽角度波束扫描角的特性；通过将波束扫描天线组成天线阵列，进一步提高了波束扫描天线的增益，实现了高增益的特点；通过在波束扫描天线阵列的上层加上超表面结构，进一步提升了波束扫描天线阵列的波束扫描角度，实现了更宽角度的波束扫描特性。相比传统的波束扫描天线，该天线结构更利于组成阵列，带宽更宽，波束扫描角度更宽，增益更高。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例中的基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵的结构示意图；
[0015]图2是本专利技术实施例中基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵中的波束扫描天线的单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵，其特征在于，包括微带人工表面等离激元天线阵列(1)和超表面(2)，微带人工表面等离激元天线阵列(1)包括若干天线单元(3)，天线单元(3)包括馈电部分(4)、上层金属线带孔的微带辐射部分(5)和若干金属通孔(6)；微带结构的人工表面等离激元天线阵列(1)印制在介质基板一(7)上；超表面(2)具有周期性的单元结构，单元结构印刷在介质基板二(10)上，形成四层结构；每个单元结构包括一个矩形金属环(8)和一个圆形金属贴片(9)，圆形金属贴片(9)位于矩形金属环(8)中部，各单元结构的矩形金属环(8)相同，各圆形金属贴片(9)的半径从超表面2中心位置向左和向右分别递增。2.根据权利要求1所述的基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵，其特征在于，所述天线单元(3)由SMA接头馈电，微带辐射部分(5)的上金属线接SMA结构的内芯，微带辐射部分(5)的下金属地接SMA结构的外芯。3.根据权利要求2所述的基于超表面与人工表面等离激元的宽角度波束扫描天线阵，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，赵雷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：