向由大到小渐变直至与微带 线1上层金属线的宽度相等;第二过渡传输线化包括分别设置在介质板上下两侧的、与微带 线1上层金属线宽度相等的单边權皱带状线，单边權皱带状线上沿长度方向设有周期性排 列的凹槽，单边權皱带状线上的凹槽深度沿长度方向逐渐加深直至与表面等离激元波导3 上的凹槽深度相等。本发明采用第一过渡传输线2a和第二过渡传输线化两重过渡结构，便 于实现两种波导之间的波数匹配和阻抗匹配，进而实现功率传输最大化。微带传输线1阻抗 设计匹配到50欧姆，便于实现最大功率传输。
[0027] 图3给出了 I形结构谐振器的关于散射参数(传输系数和反射系数)和频率的关系 图，图4给出了I形结构谐振器根据散射参数反演的等效折射率关于频率的关系图；根据斯 涅尔定律，msin0i=n2sin02,在入射角01不变的情况下，折射角01随着折射率m的增加而增 加，运样能量就会向端射的参考面汇聚，因此福射增益可W得到一定程度上的提高。添加了 I形结构谐振器阵列5的介质等效折射率可W根据仿真的I形结构谐振器单元的散射参数反 演得出。反演公式如下：
[0029]其中，ko是自由空间入射波的波数，d是单元结构的周期，n即为所求的添加了 I形 结构谐振器阵列的介质等效折射率。根据仿真的散射参数图可W看出，当I形结构谐振器单 元工作在谐振频率点时，传输系数非常小，可W认为I形结构谐振器阵列此时不能传播电磁 波。所W，若要使增益增大，在设计I形结构谐振器的尺寸时，就要使I形结构谐振器的谐振 频率点避开天线的工作频率，同时在天线的工作频率点得到的介质等效折射率越大越好。 另外，反演得出的等效折射率图中的虚部表征了单元结构对于电磁波的吸收。即虚部越大 则损耗越大，增益就越小。因此，虚部尽量小也是设计I形结构谐振器单元尺寸的时候必须 要考虑的因素。
[0030] 综合W上，本发明的另一优选实施方式为:所述I形结构谐振器阵列5包括8个由超 材料制成的I形结构谐振器，I形结构谐振器由一根纵向金属线和连接在纵向金属线两端的 横向金属线组成，纵向金属线长度Ls2 = 5.5mm，横向金属线长度为Lsi = 5mm，纵向金属线和 横向金属线的宽度Iw均为0.6mm，相邻两个I形结构谐振器的间隔为0.7mm。
[0031] 图5给出了仿真的没有I形结构谐振器阵列时的增益图W及添加了上述技术方案 中I型结构谐振器阵列后的增益图。从图中可W明显的看出I形结构谐振器阵列对于提高增 益的效果，添加了 I形结构谐振器阵列之后的增益比原先增加了 5地i。
[0032] 图6为所述端射式的人工表面等离激元天线的反射系数与频率关系的仿真和测试 图，由图可知，实验结果和仿真结果吻合的比较好。可W看到，所述端射式的人工表面等离 激元天线在工作频率(6GHz)处的反射系数小于-IOdB,说明电磁波能量均沿表面等离激元 波导传向印刷偶极子，很少有能量被反射回端口。
[0033] 图7为所述端射式的人工表面等离激元天线的实测归一化远场福射方向图。此图 进一步证明了有电磁波被福射出去。
[0034] 图8为所述端射式的人工表面等离激元天线的增益曲线。实验结果和仿真结果吻 合，最终的天线增益达7地i。说明了所述端射式的人工表面等离激元天线的成功。
[0035] 需要说明的是，术语"上"、"下"、"纵向"、"横向"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，或者是该发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须有特定的方位、W 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一""第二"等仅用 于区分描述，因此不能理解为只是或暗示相对重要性。
[0036] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"设置"、 "相淫V谱接'应做广义理解。
[0037] W上所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此 处附图中描述和出示的实施例的组件可WW各种不同的配置来布置和设计。因此，W下对 在附图中提供的本发明的实施例详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅 仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种端射式的人工表面等离激元天线，其特征在于包括介质基板、微带线（1)、表面 等离激元波导(3)、微带线（1)到表面等离激元波导(3)的过渡传输线(2)、印刷偶极子(4)和 I形结构谐振器阵列(5); 微带线（1)包括分别设置在介质板上下两侧的金属线和金属地;微带线（1)通过过渡传 输线(2)与表面等离激元波导(3)相连； 表面等离激元波导(3)包括分别设置在介质板上下两侧、对踵放置的带状线，带状线的 宽度与微带线（1)中的金属线的宽度相等，带状线上设有周期性排列的、深度相等的凹槽； 印刷偶极子(4)的两臂分别与表面等离激元波导(3)上下两侧的带状线相连； 微带线（1)通过过渡传输线(2)为表面等离激元波导(3)馈电，过渡传输线(2)实现微带 线（1)和表面等离激元波导(3)之间的波数匹配和阻抗匹配;电磁波信号经表面等离激元波 导(3)传输至印刷偶极子(4)并由印刷偶极子(4)辐射出去； I形结构谐振器阵列（5)设置在印刷偶极子(4)输出端并与印刷偶极子(4)之间隔开距 离Mmm;I形结构谐振器阵列(5)用于增加端射式的人工表面等离激元天线的增益。2. 根据权利要求1所述的一种端射式的人工表面等离激元天线，其特征在于，所述过渡 传输线(2)包括相连的第一过渡传输线（2a)和第二过渡传输线(2b);第一过渡传输线(2a) 包括微带线（1)上层金属线的等宽延伸部分和下层金属地的宽度渐变延伸部分，宽度渐变 延伸部分的宽度沿延伸方向由大到小渐变直至与微带线（1)上层金属线的宽度相等;第二 过渡传输线(2b)包括分别设置在介质板上下两侧的、与微带线（1)上层金属线宽度相等的 单边褶皱带状线，单边褶皱带状线上沿长度方向设有周期性排列的凹槽，单边褶皱带状线 上的凹槽深度沿长度方向逐渐加深直至与表面等离激元波导(3)上的凹槽深度相等。3. 根据权利要求1所述的一种端射式的人工表面等离激元天线，其特征在于，所述I形 结构谐振器阵列(5)包括8个由超材料制成的I形结构谐振器，I形结构谐振器由一根纵向金 属线和连接在纵向金属线两端的横向金属线组成，纵向金属线长度为5.5mm，横向金属线长 度为5mm，纵向金属线和横向金属线的宽度均为0.6mm相邻两个I形结构谐振器的间隔为 0.7mm〇4. 根据权利要求1所述的一种端射式的人工表面等离激元天线，其特征在于，所述表面 等离激元波导(3)上的凹槽为矩形凹槽，矩形凹槽宽度为2mm，深度为4mm，凹槽间距为5mm。5. 根据权利要求1所述的一种端射式的人工表面等离激元天线，其特征在于，所述印刷 偶极子(4)的两臂臂长均为11mm。
【专利摘要】本发明提出一种端射式的人工表面等离激元天线，包括介质基板、微带线、表面等离激元波导、微带线到表面等离激元波导的过渡传输线、印刷偶极子和I形结构谐振器阵列；该端射式人工表面等离激元天线工作在微波频段，以微带线进行馈电，并通过过渡传输线过渡到表面等离激元波导，利用人工表面等离激元波导作为激励，印刷偶极子作为主要辐射部分，同时利用I形结构谐振器阵列实现辐射性能的提高。本发明结构简单，易于加工，体积小，增益高、辐射效率高，可以实现人工表面等离激元在端射方向的辐射。
【IPC分类】H01Q13/08, H01Q1/50, H01Q1/38
【公开号】CN105552544
【申请号】CN201610044463
【发明人】崔铁军, 尹佳媛
【申请人】东南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月22日