基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的制作方法

本发明涉及，具体地，涉及一种基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，尤其涉及一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线。

背景技术：

科学技术的不断进步和社会各方面与日俱增的需求，推动着无线通信技术迅速发展，天线作为无线通信系统中的重要组成部分，也渐渐受到更多的关注。在卫星、汽车、船舶等各种载体上，通讯设备也是必不可少的，对天线的要求也越来越苛刻。在保证天线性能的基础上，天线的小型化和低剖面是发展的必然趋势。同时在某些特定应用场景中，天线的承载抗压能力也是一个需要解决的问题。

垂直极化全向天线中最常见的是竖立的单极子天线，如专利文献cn103746189b公开的一种单极子天线，布设于基板或独立设置包括：辐射面，具有平行相对的第一侧边和第二侧边、垂直耦接于所述第一侧边和第二侧边的第一端之间的直角边和耦接在所述第一侧边和第二侧边的第二端之间的第四边；频率引线，该频率引线改变所述辐射面的电流分布以拓宽频率；接地部，与所述辐射面的直角边相对，且两端与所述频率引线耦接。

但是这类天线剖面高度一般为1/4工作频率波长，在低频时尺寸较大，同时若存在有限地的情况下，方向图会向上翘。现在常用的一些全向天线基本是利用此类天线的变形设计而来的，通过顶端加载或是对天线进行折叠改进为倒f天线、倒f天线等技术来降低天线的整体剖面。但其由于有限地的反射，主要辐射方向的偏移仍是问题，且低频时增益较低。所以总体来说，到目前的研究为止，还没有能同时实现垂直极化、全向和低剖面的低频天线，仍然需要深入的研究探索。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线。

根据本发明提供的一种基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，包括单极子激励结构和传输辐射结构；

所述传输辐射结构的一端与单极子激励结构相连，且传输辐射结构采用人工表面等离激结构，能够在设定的条件下产生表面等离激元效应；

多个所述传输辐射结构远离单极子激励结构的一端指向设定的不同方向。

优选地，所述基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线还包括sma接头；所述sma接头设置在单极子激励结构底部，并且与单极子激励结构电连接，外部信号能够通过sma接头对单极子激励结构进行射频激励，进而对传输辐射结构进行耦合馈电。

优选地，所述基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线还包括地板；所述单极子激励结构设置在地板的中心部分上；所述传输辐射结构自中心部分向外发散地设置在地板上。

优选地，除地板的边缘设置有弯曲结构外，所述地板为有限大尺寸的平面；所述弯曲结构为向远离单极子激励结构和传输辐射结构的一侧弯曲的地板结构。

优选地，所述单极子激励结构上包裹有fr-4介质。

优选地，所述传输辐射结构金属部分和介质板；所述金属部分设置在介质板上；所述介质板为fr-4介质板。

优选地，所述金属部分

-通过蚀刻法蚀刻在介质板上；和/或

-印刷在介质板上。

优选地，八个所述传输辐射结构均匀的环绕设置在地板上，即单极子激励结构周围，相邻的传输辐射结构间隔角度为45°。

优选地，所述金属部分为单边梳状结构；所述单边梳状结构的梳齿部分在自单极子激励结构一端至另一端方向上

-长度先增大后减小；或者

-长度按照设定函数变化。

优选地，所述金属部分为双边梳状结构；所述双边梳状结构的两侧梳齿部分分别在自单极子激励结构一端至另一端方向上

-长度先增大后减小；或者

-长度按照设定函数变化。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，具有结构简单、易于加工的优点；

2、本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，通过结合sspps理论的波长缩短效应，可以有效的降低天线的工作波长，从而实现小型化的目的；

3、本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，通过双边锯齿状的spp传输线结构和辐射结构来减小天线的剖面；

4、本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，采用了sspps结构，可以降低单片端射天线之间的耦合，减小整个系统的体积。

附图说明

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第一优选例的结构示意图；

图2为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第一优选例的回波损耗示意图；

图3为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第一优选例的第一方向示意图；

图4为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第一优选例的第二方向示意图；

图5为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第二优选例的结构示意图；

图6为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第二优选例的回波损耗示意图；

图7为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第二优选例的第一方向示意图；

图8为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第二优选例的第二方向示意图；

图9为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第三优选例的第一结构示意图；

图10为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第三优选例的第二结构示意图；

图11为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第三优选例的回波损耗示意图；

图12为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第三优选例的第一方向示意图；

图13为本发明提供的基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线的第三优选例的第二方向示意图；

图中示出：

单极子激励结构1

传输辐射结构2

地板3

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的优选例提供了一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线，包括单极子激励结构1、单/双边锯齿状的sspps传输辐射结构2、有限大的地板3、sma接头；sma接头用于对单极子天线，即单极子激励结构1进行射频激励；多片单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构，即传输辐射结构2的馈电通过单极子天线进行耦合馈电；单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构设置在天线的介质板结构上。本发明的优选例解决了现在垂直极化全向天线的低频频段剖面高和有限地造成的方向图偏移问题。

根据本发明提供的一种基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线，包括单极子激励结构1和传输辐射结构2；

所述传输辐射结构2的一端与单极子激励结构1相连，且传输辐射结构2采用人工表面等离激结构，能够在设定的条件下产生表面等离激元效应；

多个所述传输辐射结构2远离单极子激励结构1的一端指向设定的不同方向。

优选地，所述基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线还包括sma接头；所述sma接头设置在单极子激励结构1底部，并且与单极子激励结构1电连接，外部信号能够通过sma接头对单极子激励结构1进行射频激励，进而对传输辐射结构2进行耦合馈电。所述基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线还包括地板3；所述单极子激励结构1设置在地板3的中心部分上；所述传输辐射结构2自中心部分向外发散地设置在地板3上。除地板3的边缘设置有弯曲结构外，所述地板3为有限大尺寸的平面；所述弯曲结构为向远离单极子激励结构1和传输辐射结构2的一侧弯曲的地板结构。所述单极子激励结构1上包裹有fr-4介质。所述传输辐射结构2金属部分和介质板；所述金属部分设置在介质板上；所述介质板为fr-4介质板。

具体地，所述金属部分

-通过蚀刻法蚀刻在介质板上；和/或

-印刷在介质板上。

八个所述传输辐射结构2均匀的环绕设置在地板3上，即单极子激励结构1周围，相邻的传输辐射结构2间隔角度为45°。所述金属部分为单边梳状结构和/或双边梳状结构；

所述单边梳状结构的梳齿部分在自单极子激励结构1一端至另一端方向上

-长度先增大后减小；或者

-长度按照设定函数变化。

所述双边梳状结构的两侧梳齿部分分别在自单极子激励结构1一端至另一端方向上

-长度先增大后减小；或者

-长度按照设定函数变化。

更具体地，针对现有技术中的缺陷，本发明优选例的目的是提供一种采用基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线，以解决全向天线方向图偏移和低频增益问题等问题。

本发明优选例以八片双边锯齿状的sspps传输与辐射结构为例来实现低剖面垂直极化全向天线，所采用的技术方案如下：

一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线，包括：单极子激励结构1、八片双边锯齿状的sspps传输辐射结构2、sma接头；所述双边锯齿状的spp传输线结构、所述天线辐射结构均设置在fr-4介质板上；所述八片双边锯齿状的sspps传输与辐射结构环绕在单极子天线周围，相邻两片端射天线相隔45°；所述sma接头位于单极子天线底部，对单极子进行馈电；该方案中天线边界条件均为开放。

上述技术方案中，所述介质板采用单层板结构。金属结构采用蚀刻法蚀刻在介质板上。天线馈电通过sma接头对单极子天线进行射频激励，从而对八片端射天线进行耦合馈电。单极子天线包裹一层fr-4介质，增强耦合效果。天线通过双边锯齿状的sspps传输与辐射结构来减小天线的剖面。引入高度随特定函数渐变的单边耦合结构和辐射结构，提高端射的增益和辐射效率。或者，将双边锯齿状的spp传输线和辐射结构用单边的代替，并在天线底端添加地，进一步减小剖面高度。天线引入弯曲的地板3来减小天线辐射方向因地反射造成的向上偏移。

进一步地，本发明优选例提供的天线：

1、应用spp理论下的波长缩短效应，有效减小天线的工作波长，达到天线小型化。

2、应用单极子天线对周向的多片单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构进行耦合馈电,实现垂直极化。

3、利用端射天线周向分布实现全向特性。

4、通过单边锯齿状的sspps传输线结构和辐射结构来减小天线的剖面。

5、当电场通过单极子和单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构的耦合，进入一段梳齿渐变的过渡将波导传输模式变换为sspps模式下的电磁波。

6、双边或单边锯齿状的sspps传输与辐射结构可以是印刷在介质板上的梳状金属膜。

7、引入有限大的地板3，地板3的边缘有向下的微小弯曲，可抑制天线辐射主波束方向上翘。

更进一步地，图9中：1为单极子天线，其被fr4介质包裹着，2为单片单边锯齿状的sspps传输与辐射结构的放大图，其中长方形为fr4介质板，3为边缘弯曲的金属地板。黑色部分为金属。

请同时参阅图1、图5、图9，本发明优选例所提供的一种采用基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线，包括：单极子激励结构、单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构、sma接头。

天线辐射结构为图1、5、9中的八片单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构。通过八片单/双边锯齿状的sspps传输与辐射结构中心的单极子耦合馈电，在单极子的底部连接sma接头进行射频激励。进一步地，天线辐射结构为梳齿状spp结构微带线。微带线采用蚀刻法蚀刻在介电常数为4.3的fr4介质板，厚度为1.2mm，图1天线整体尺寸为310mm*310mm*24mm，图5、9中天线整体尺寸为616mm*616mm*60mm。

本发明优选例的全向工作原理如下：

如图1所示，其为本发明基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化全向天线的3d图。射频激励信号sma接头从单极子天线底部对天线馈电，从而通过耦合对八片端射天线馈电，信号经过图1中渐变梳齿状过渡段微带线将电磁波逐渐从传统的传输模式过渡到spp模式下，从而有效的减小天线的尺寸，提高天线的辐射效率。

如图2所示是本实施例的仿真得到的回波损耗图。

如图4所示是本实施例的仿真得到的在2.9ghz的辐射方向图。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。