[发明专利]紧凑馈电网络型人工表面等离激元平板天线阵

说明书

本发明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％。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，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。

背景技术

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(Spoof Surface Plasmon Polariton，SSPP)的波矢k_sspp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k_sspp，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k_sspp相反时，也可以使k_sspp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。

发明内容

本发明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。

本发明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；