一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线制造技术

本发明专利技术提供一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，包括第一金属层、介质层、第二金属层和金属过孔阵列，所述第一金属层的一侧加载了人工表面等离激元结构，用于产生水平极化的电磁波；所述金属过孔阵列设置在介质层中，包括第一金属过孔阵列、第二金属过孔阵列、第三金属过孔阵列、第四金属过孔阵列、第五金属过孔阵列和第六金属过孔阵列，所述第二金属过孔阵列、第五金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成基片集成波导转接结构，所述第二金属过孔阵列、第六金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成了基片集成波导辐射结构，用于产生垂直极化的电磁波。本发明专利技术以平面结构实现了天线端射圆极化辐射。发明专利技术以平面结构实现了天线端射圆极化辐射。发明专利技术以平面结构实现了天线端射圆极化辐射。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线


[0001]本专利技术涉及天线
，具体地，涉及一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线。

技术介绍

[0002]天线作为无线通信的重要器件，主要承担无线电波的收发功能。圆极化天线具有能接收任意极化电磁波的优势，可以减轻天线受多径效应和法拉第旋转效应的影响，所以被广泛应用在卫星通信和雷达探测等众多领域中。在实际应用中，通常要求天线具有易于加工，易于集成等优点，因此实现圆极化天线的平面化和集成化设计至关重要，如何设计结构简单，性能优良的平面端射圆极化天线是目前无线通信系统中亟待解决的关键问题之一。
[0003]设计端射圆极化的本质是设计两个可以产生正交辐射的天线结构。现有的办法一类是采用三维结构和介质加载等方式产生两个方向的辐射，但是这会增加实际加工的复杂性；一类是采用偶极子等线极化天线和波导结构的结合实现圆极化辐射，但是这类结构往往是基于驻波产生辐射，会面临带宽窄的问题。因此，为了满足简单实用的设计需求，仍需开发新型的平面端射圆极化天线。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，通过将人工表面等离激元和基片集成波导相结合，分别产生水平极化和垂直极化的电磁波，从而实现了良好的圆极化辐射。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，包括第一金属层、介质层、第二金属层和金属过孔阵列，所述第一金属层和第二金属层分别设置在介质层的上下表面，所述第一金属层的一侧加载了人工表面等离激元结构，用于产生水平极化的电磁波；所述金属过孔阵列设置在介质层中，包括第一金属过孔阵列、第二金属过孔阵列、第三金属过孔阵列、第四金属过孔阵列、第五金属过孔阵列和第六金属过孔阵列，所述第二金属过孔阵列、第五金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成基片集成波导转接结构，所述第二金属过孔阵列、第六金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成了基片集成波导辐射结构，用于产生垂直极化的电磁波，所述水平极化的电磁波和垂直极化的电磁波结合实现天线的圆极化辐射。
[0007]优选地，所述第一金属层由金属片构成，其一侧加载的人工表面等离激元结构包括多个凹槽，凹槽的深度线性变化，在末端辐射水平极化的电磁波。
[0008]优选地，所述凹槽的深度和宽度小于四分之一介质波长，凹槽数量根据实际轴比带宽需求确定。
[0009]优选地，所述介质层的纵向长度大于所述第一金属层和第二金属层。
[0010]优选地，所述第一金属过孔阵列、第二金属过孔阵列、第三金属过孔阵列、第四金属过孔阵列、第五金属过孔阵列和第六金属过孔阵列均为周期性排布，所有金属过孔的过孔直径均相同。
[0011]优选地，所述第一金属过孔阵列、第三金属过孔阵列和第四金属过孔阵列均包含两排金属过孔，用于抑制电磁波耦合到周围介质中。
[0012]优选地，所述第五金属过孔阵列的过孔间距大于所述第一金属过孔阵列、第二金属过孔阵列、第三金属过孔阵列、第四金属过孔阵列和第六金属过孔阵列的过孔间距，所述第五金属过孔阵列的过孔中心位置满足线性函数关系。
[0013]优选地，所述基片集成波导转接结构由第二金属过孔阵列、第五金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层组成，其横向宽度呈线性递增，用于将一部分能量耦合到人工表面等离激元结构中。
[0014]优选地，所述基片集成波导辐射结构由第二金属过孔阵列、第六金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层组成，用于产生并在末端辐射垂直极化的电磁波。
[0015]优选地，所述第二金属层由金属片构成，所述第二金属层的一侧被切去一矩形区域。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0017]1、本专利技术通过将人工表面等离激元和基片集成波导相结合，以平面结构实现了端射圆极化辐射，在无线通信系统中具有潜在的应用价值；
[0018]2、人工表面等离激元和基片集成波导都工作在行波状态下，天线阻抗匹配良好，具有宽带特性；
[0019]3、天线在工作频带内增益稳定，轴比带宽可调，可复制性强；
[0020]4、本专利技术的端射圆极化天线结构紧凑，原理易于理解，易于加工制造和大规模生产。
附图说明
[0021]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0022]图1为本专利技术实施例提供的基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线第一金属层结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线介质层结构示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线第二金属层结构示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线轴比曲线图；
[0027]图6为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线反射系数曲线图；
[0028]图7为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线增益曲线图；
[0029]图8为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线的水平面辐射方向图；
[0030]图9为本专利技术实施例提供的端射圆极化天线的垂直面辐射方向图。
[0031]其中：1、第一金属层，2、第一金属过孔阵列，3、第二金属过孔阵列，4、第三金属过孔阵列，5、介质层，6、第二金属层，7、人工表面等离激元结构，8、基片集成波导转接结构，9、
第四金属过孔阵列，10、第五金属过孔阵列，11、第六金属过孔阵列，12、基片集成波导辐射结构。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0033]具体地，本专利技术提供一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，如图1至图4所示，所述基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线包括第一金属层1、介质层5、第二金属层6和金属过孔阵列；所述第一金属层1和第二金属层6分别设置在介质层5的上下表面，所述金属过孔阵列设置在介质层5中，包括第一金属过孔阵列2、第二金属过孔阵列3、第三金属过孔阵列4、第四金属过孔阵列9、第五金属过孔阵列10和第六金属过孔阵列11。
[0034]所述第二金属过孔阵列3、第五金属过孔阵列10、第一金属层1、第二金属层6和介质层5构成了基片集成波导转接结构8；所述第二金属过孔阵列3、第六金属过孔阵列11、第一金属层1、第二金属层6和介质层5构成了基片集成波导辐射结构12，用于产生垂直极化的电磁波；两个方向的电磁波结合实现天线的圆极化辐射。
[0035]所述第一金属层1由金属片构成，第一金属层1作为天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，其特征在于，所述端射圆极化天线包括第一金属层、介质层、第二金属层和金属过孔阵列，所述第一金属层和第二金属层分别设置在介质层的上下表面，所述第一金属层的一侧加载了人工表面等离激元结构，用于产生水平极化的电磁波；所述金属过孔阵列设置在介质层中，包括第一金属过孔阵列、第二金属过孔阵列、第三金属过孔阵列、第四金属过孔阵列、第五金属过孔阵列和第六金属过孔阵列，所述第二金属过孔阵列、第五金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成基片集成波导转接结构，所述第二金属过孔阵列、第六金属过孔阵列、第一金属层、第二金属层和介质层构成了基片集成波导辐射结构，用于产生垂直极化的电磁波，所述水平极化的电磁波和垂直极化的电磁波结合实现天线的圆极化辐射。2.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，其特征在于，所述第一金属层由金属片构成，其一侧加载的人工表面等离激元结构包括多个凹槽，凹槽的深度线性变化，在末端辐射水平极化的电磁波。3.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，其特征在于，所述凹槽的深度和宽度小于四分之一介质波长，凹槽数量根据实际轴比带宽需求确定。4.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，其特征在于，所述介质层的纵向长度大于所述第一金属层和第二金属层。5.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元结构的端射圆极化天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐旻，赵彬杉，王美妮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：