一种基于人工表面等离激元的端射天线的制作方法

本发明涉及一种基于人工表面等离激元的端射天线，适用于x波段空间应用，如卫星通讯，雷达等，属于天线技术领域。

背景技术：

表面等离激元（spps）是一种在金属表面高束缚的电磁波模式，具有亚波长特性。在低频段通过亚波长周期结构可以实现类似spps的电磁波模式，该模式被称为人工表面等离激元（sspps），它对电磁能量具有很高的束缚能力，可以将馈源单极子辐射的全向场调制为端射的定向场。端射天线具有很好的定向波束特性。但现有技术中的端射天线体型较大，增益低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于人工表面等离激元的端射天线。

为达到上述目的，本发明提供一种基于人工表面等离激元的端射天线，包括基板、多个开口谐振环和单极子馈源，多个开口谐振环排列成两个“o”型对称地固定设置在所述基板前侧壁上、所述基板后侧壁上，所述单极子馈源固定连接所述基板。

优先地，包括铜柱，所述铜柱固定设置在所述基板的侧壁上。

优先地，所述单极子馈源包括窄圆柱体和扁圆柱体，所述窄圆柱体垂直固定连接所述扁圆柱体的上表面中心，所述窄圆柱体固定连接所述基板侧壁。

优先地，若干个开口谐振环排成一列组成一个谐振单元，包括180个所述谐振单元，所述基板前侧壁上、所述基板后侧壁上分别设置90个所述谐振单元；66个所述谐振单元分成两行沿所述基板前侧壁从左向右横向排列，24个所述谐振单元分成两部分对称地设置在66个所述谐振单元两侧将两行共计66个所述谐振单元的左端、右端分别连接形成一个“0”型，所述基板后侧壁上的90个所述谐振单元与所述基板前侧壁上的90个所述谐振单元对称。

优先地，所述谐振单元包括两个开口谐振环，位于上方的开口谐振环底壁和位于下方的开口谐振环顶壁紧密贴合，每个谐振单元与左右相邻的谐振单元之间均相距0.2mm。

优先地，所述铜柱和所述单极子馈源位于所述基板的同一侧。

优先地，两行共计66个所述谐振单元之间的距离为3.6mm。

优先地，所述开口谐振环的尺寸为2mm×2mm。

优先地，所述基板为rogers5880介质基板。

本发明所达到的有益效果：

（1）本装置以传统单极子作为馈源，使本装置在9ghz-10.8ghz频带范围内的阻抗匹配在-10db以下；在基板上固定铜柱作为反射器，既增加了前向增益，又使天线的后瓣减小；

（2）本装置前后比值、主瓣与旁瓣的比值较高，能量集中，增益高，定向波束特性好；

（3）本装置采用rogers5880介质基板，以开口谐振环（srr）为谐振单元，对开口谐振环（srr）进行周期性地排列形成人工表面等离激元，通过合理排列srr减小了基板尺寸，结构紧凑，使得本装置较现有技术小型化，减小了占用空间。

附图说明

图1是本装置的结构图；

图2是本装置的主视图；

图3是本装置的回波损耗图；

图4是本装置的峰值增益图；

图5是本装置在水平面内的归一化辐射方向图；

图6是本装置在竖直平面的归一化辐射方向图。

附图中标记含义，1-基板；2-开口谐振环；3-铜柱；4-单极子馈源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种基于人工表面等离激元的端射天线，包括基板、多个开口谐振环和单极子馈源，多个开口谐振环排列成两个“o”型对称地固定设置在所述基板前侧壁上、所述基板后侧壁上，所述单极子馈源固定连接所述基板。

进一步地，包括铜柱，所述铜柱固定设置在所述基板的侧壁上，铜柱尺寸为直径2mm，高为16mm。

进一步地，所述单极子馈源包括窄圆柱体和扁圆柱体，所述窄圆柱体垂直固定连接所述扁圆柱体的上表面中心，所述窄圆柱体固定连接所述基板侧壁。

进一步地，若干个开口谐振环排成一列组成一个谐振单元，包括180个所述谐振单元，所述基板前侧壁上、所述基板后侧壁上分别设置90个所述谐振单元；66个所述谐振单元分成两行沿所述基板前侧壁从左向右横向排列；24个所述谐振单元分成两部分对称地设置在66个所述谐振单元两侧将两行共计66个所述谐振单元的左端、右端分别连接形成一个“0”型，24个所述谐振单元为过渡段，起到增强耦合的作用；所述基板后侧壁上的90个所述谐振单元与所述基板前侧壁上的90个所述谐振单元对称。

进一步地，所述谐振单元包括两个开口谐振环，位于上方的开口谐振环底壁和位于下方的开口谐振环顶壁紧密贴合，每个谐振单元与左右相邻的谐振单元之间均相距0.2mm。

进一步地，所述铜柱和所述单极子馈源位于所述基板的同一侧。

进一步地，两行共计66个所述谐振单元之间的距离为3.6mm。

进一步地，所述开口谐振环的尺寸为2mm×2mm。

进一步地，所述基板为rogers5880介质基板。

图3是本装置的回波损耗（s11），充分覆盖了9ghz-10.8ghz。

图4是在本装置在9ghz-10.8gh频段内每隔0.2ghz取点得到的峰值增益。在10ghz时，峰值增益达到约21dbi。通过计算，平均增益约为19.1dbi。

图5是本装置中心频点在10ghz，theta为90°时，得到的归一化辐射方向图。可以看出，电磁能量主要集中在一个固定的方向，后瓣和旁瓣较小，前后比和主瓣与旁瓣的比值较高。波束覆盖角度约为60°。

图6是中心频点在10ghz，phi为90°时得到的归一化辐射方向图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于人工表面等离激元的端射天线，适用于X波段空间应用，如卫星通讯，雷达等，属于天线技术领域。包括基板、多个开口谐振环和单极子馈源，多个开口谐振环排列成两个“O”型对称地固定设置在所述基板前侧壁上、所述基板后侧壁上，所述单极子馈源固定连接所述基板。本装置以传统单极子作为馈源，使本装置在9GHz‑10.8GHz频带范围内的阻抗匹配在‑10dB以下；在基板上固定铜柱作为反射器，既增加了前向增益，又使天线的后瓣减小；本装置前后比值、主瓣与旁瓣的比值较高，能量集中，增益高，定向波束特性好。

技术研发人员：王友保;肖顺;郑国庆
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2017.07.27
技术公布日：2017.10.27