[发明专利]基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线、无线通信系统

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线、无线通信系统；包括：馈电结构和辐射结构；馈电结构包括微带向槽线的转换结构，能够激励起奇模人工表面等离激元；辐射结构由末端渐变的周期波纹金属条构成；馈电部分和辐射部分都印制在双面覆铜介质板上。利用本征模方法分析人工表面等离激元单元的色散特性，分析色散曲线设计出了在微波频段具有宽带高效辐射的端射天线。并进行了全波电磁仿真和加工测试，验证了该天线在所设计的频段内能够实现宽频带的端射辐射。本发明的端射天线具有工作频带宽、端射性能稳定、厚度薄、质量轻和易加工等特点，在新型宽带端射天线领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线、无线通信系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：表面等离激元(surface plasmonpolaritons，SPPs)是一种表面电磁波。在可见光频带，金属是负的介电常数，其表面的自由电子呈现等离子态，能够形成表面等离激元。但是，频率低到微波频段时，金属是理想导体状态，表面等离激元就不再存在。为了弥补这一缺陷，创造天然煤质不具备的超常物理性质的人工复合电磁材料的发展能够扩展表面等离激元的应用。一种超薄的等离子体波纹结构可以在微波及太赫兹波段支持类似于可见光频段的表面等离激元传输，被称为人工表面等离激元。由于人工表面等离激元能够实现人工调控其电磁特性，因此它被相继应用于滤波器、环形器等微波器件中。同时，基于此超材料设计的天线也逐渐被提出。但是基于人工表面等离激元设计的天线大多是由偶模激励的，天线的波束主瓣是随着频率变化的。这种波束扫描天线只适用于方向图最大辐射方向随着频率变化的情形下，但是定向天线的研究也很重要，能够保持在一定频带范围内方向图的稳定性。而由于偶模激励的人工表面等离激元的传输损耗大，只能通过增加其他结构或者改变波导类型才能激励起奇模。因此利用人工表面等离激元的奇模来设计天线的研究少之又少。

综上所述，现有技术存在的问题是：基于人工表面等离激元设计的天线由于多数是偶模激励的人工表面等离激元，其传输损耗大，只能通过增加其他结构或者改变波导类型才能激励起奇模。

解决上述技术问题的难度：

解决存在的此类问题，关键在于突破传统的人工表面等离激元的激励模式，实现一种创新型的激励方式。传统激励方式是利用共面波导馈电，这里应用新型的馈电方式：微带到槽线的转换方式。同时，在天线设计领域，实现高增益的宽频带的连续定向方向图的天线有很大的难度。这里，利用人工表面等离激元结构能够在较宽的频带内实现定向的方向图，性能优良，有很大的技术创新。

解决上述技术问题的意义：

利用人工表面等离激元的奇模模式进行传输和辐射，能够获得更高的传输效率和更低的损耗。这种模式通过一致性线源理论，实现宽频带范围的端射方向性，相对于传统的偶模人工表面等离激元模式，能够提高方向图的定向性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线、无线通信系统。

本发明是这样实现的，一种基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线，所述基于奇模人工表面等离激元宽带端射天线包括：辐射结构、馈电结构；辐射结构、馈电结构通过三角形贴片连接；天线的主要参数有：W1,W2,W3,W4,W5,slot_w1,slot_w2,slot_w3,slot_l1,α。其中W1是馈电部分的金属地板末端梯形的上边长的长度，W2是馈电的微带线距离金属地板末端的距离，W3是馈电部分的金属地板末端梯形斜边的长度，W4是馈电部分的金属地板末端梯形的底边和槽线之间的斜边的距离，W5是馈电的微带线距离金属地板始端的距离，slot_w1是金属等腰三角形贴片底边距离馈电金属部分的距离，slot_w2是槽线末端距离三角形贴片顶点的距离，slot_w3是槽线的宽度，slot_l1是槽线的长度，α是等腰三角形金属贴片的顶角的半角角度。