本發(fā)明屬于無(wú)線通信，具體涉及一種sspp漏波天線及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)天線性能的要求日益提高，尤其是在多頻段、寬帶寬、高增益和波束掃描能力等方面。傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)在滿足這些需求時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)，例如頻帶受限、增益波動(dòng)大以及波束掃描角度不足等問(wèn)題。
2、近年來(lái)，基于人工表面等離激元（sspp）的漏波天線因其獨(dú)特的電磁特性和優(yōu)異的性能表現(xiàn)，逐漸成為天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。sspp結(jié)構(gòu)通過(guò)周期性調(diào)制電磁場(chǎng)分布，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波的有效局域化和定向輻射，為天線設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種sspp漏波天線及其設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)高增益的信號(hào)輻射和多角度的波束掃描。
2、為解決達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、第一方面，本發(fā)明提供了一種sspp漏波天線，包括：介質(zhì)基板、以及介質(zhì)基板上、下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置的正微帶線和反微帶線；所述正微帶線和反微帶線分別關(guān)于電流傳輸兩端對(duì)稱；正微帶線中間段的sspp結(jié)構(gòu)與反微帶線中間段的sspp結(jié)構(gòu)呈凹槽開(kāi)口相對(duì)設(shè)置。
4、前述的sspp漏波天線，所述反微帶線兩端至中間段sspp結(jié)構(gòu)之間包括矩形饋電結(jié)構(gòu)和梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)；電流從反微帶線一端的矩形饋電結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)傳輸至sspp結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)sspp結(jié)構(gòu)端口的阻抗匹配。
5、前述的sspp漏波天線，sspp結(jié)構(gòu)兩端的凹槽深度分別沿兩端遞減。
6、前述的sspp漏波天線，還包括多個(gè)金屬貼片，所述金屬貼片沿sspp結(jié)構(gòu)凹槽開(kāi)口端均勻排布。
7、前述的sspp漏波天線，所述金屬貼片為雙半橢圓形結(jié)構(gòu)，所述雙半橢圓形結(jié)構(gòu)為兩個(gè)半橢圓曲線相交形成的封閉結(jié)構(gòu)，金屬貼片交錯(cuò)設(shè)置于介質(zhì)基板上、下表面。
8、前述的sspp漏波天線，介質(zhì)基板采用f4b材料，介質(zhì)基板相對(duì)介電常數(shù)為3.5，厚度為0.5?mm，損耗角正切為0.0027；正、反微帶線采用銅制，銅層的厚度為0.018?mm。
9、前述的sspp漏波天線，正微帶線寬為4mm，反微帶線的矩形饋電結(jié)構(gòu)寬為8mm長(zhǎng)為5mm，梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)為等腰梯形，矩形饋電結(jié)構(gòu)寬邊與等腰梯形的長(zhǎng)底相連，等腰梯形高為15mm，梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)由與矩形饋電結(jié)構(gòu)同寬過(guò)渡至與正微帶線同寬。
10、前述的sspp漏波天線，sspp結(jié)構(gòu)由多個(gè)l型結(jié)構(gòu)首尾相連組成周期性凹槽，sspp結(jié)構(gòu)中間段的凹槽深度一致；構(gòu)成sspp結(jié)構(gòu)中間段的凹槽的l型結(jié)構(gòu)參數(shù)為：外寬p=6.8?mm、內(nèi)寬a=3.5?mm、外壁高d=5.0?mm和內(nèi)槽深h=2.4?mm。
11、前述的sspp漏波天線，金屬貼片雙半橢圓交點(diǎn)間距r為4mm，金屬貼片之間的距離為8mm，所述金屬貼片之間的距離d是兩個(gè)雙半橢圓交點(diǎn)間距r中點(diǎn)之間的距離，金屬貼片與同表面的sspp結(jié)構(gòu)水平間距d為0.3mm。
12、第二方面，本發(fā)明提供了一種sspp漏波天線的設(shè)計(jì)方法，包括：
13、s1：確定sspp漏波天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)；
14、s2：根據(jù)步驟s1的設(shè)計(jì)目標(biāo)確定組成sspp結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)；
15、s3：根據(jù)步驟s2確定的單元結(jié)構(gòu)結(jié)合floquet定理，推導(dǎo)色散關(guān)系后確定單元結(jié)構(gòu)的最終參數(shù)；
16、s4：根據(jù)步驟s3單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的sspp結(jié)構(gòu)結(jié)合floquet定理，確定sspp漏波天線的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括：介質(zhì)基板、以及介質(zhì)基板上、下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置的正微帶線和反微帶線；所述正微帶線和反微帶線分別關(guān)于電流傳輸兩端對(duì)稱；正微帶線中間段的sspp結(jié)構(gòu)與反微帶線中間段的sspp結(jié)構(gòu)呈凹槽開(kāi)口相對(duì)設(shè)置；
17、s5：根據(jù)步驟s4基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)結(jié)合結(jié)合floquet定理，加入雙半橢圓形結(jié)構(gòu)的金屬貼片優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的邊射傳輸，得到最終的sspp漏波天線。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：
19、本發(fā)明在介質(zhì)基板上下表面分別設(shè)置凹槽相對(duì)的sspp結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，具有更強(qiáng)的電磁場(chǎng)局域化效應(yīng)，能夠有效提高能量密度；其次，在相同工作頻段內(nèi)，該結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生更大的相位變化量，增大波束掃描角，實(shí)現(xiàn)高增益的信號(hào)輻射和多角度的波束掃描。
20、本發(fā)明基于floquet定理，深入探討了雙導(dǎo)體sspps漏波天線的設(shè)計(jì)原理與性能優(yōu)化方法。通過(guò)理論分析和數(shù)值仿真，研究了雙導(dǎo)體sspps結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)分布特性、色散關(guān)系以及波束掃描機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的雙導(dǎo)體sspps漏波天線設(shè)計(jì)，通過(guò)引入雙半橢圓形貼片結(jié)構(gòu)，有效抑制了邊射方向上的開(kāi)阻帶效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了寬頻帶范圍內(nèi)的穩(wěn)定輻射增益和優(yōu)異的波束掃描性能。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的sspp漏波天線在14.0?ghz?-34.0?ghz頻帶內(nèi)，輻射效率在82%以上且增益都大于10?dbi，同時(shí)在整個(gè)工作頻段內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的增益穩(wěn)定性，其最大增益與最小增益值相對(duì)于平均增益的波動(dòng)幅度控制在3?dbi以內(nèi)；主波束方向可在-90°~+29°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，掃描角度達(dá)到119°，同時(shí)在整個(gè)工作頻段內(nèi)保持了較高的輻射效率和增益穩(wěn)定性。
1.一種sspp漏波天線，其特征在于，包括：介質(zhì)基板（1）、以及介質(zhì)基板（1）上、下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置的正微帶線（2）和反微帶線（3）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sspp漏波天線，其特征在于，所述反微帶線（3）兩端至中間段sspp結(jié)構(gòu)（4）之間包括矩形饋電結(jié)構(gòu)（31）和梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)（32）；電流從反微帶線（3）一端的矩形饋電結(jié)構(gòu)（31）經(jīng)過(guò)梯形過(guò)渡結(jié)構(gòu)（32）傳輸至sspp結(jié)構(gòu)（4），實(shí)現(xiàn)sspp結(jié)構(gòu)端口的阻抗匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的sspp漏波天線，其特征在于，sspp結(jié)構(gòu)（4）兩端的凹槽（401）深度分別沿兩端遞減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的sspp漏波天線，其特征在于，還包括多個(gè)金屬貼片，所述金屬貼片（5）沿sspp結(jié)構(gòu)（4）凹槽（401）開(kāi)口端均勻排布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的sspp漏波天線，其特征在于，所述金屬貼片（5）為雙半橢圓形結(jié)構(gòu)，所述雙半橢圓形結(jié)構(gòu)為兩個(gè)半橢圓曲線相交形成的封閉結(jié)構(gòu)，金屬貼片（5）交錯(cuò)設(shè)置于介質(zhì)基板（1）上、下表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的sspp漏波天線，其特征在于，介質(zhì)基板（1）采用f4b材料，介質(zhì)基板（1）相對(duì)介電常數(shù)為3.5，厚度為0.5?mm，損耗角正切為0.0027；正、反微帶線采用銅制，銅層的厚度為0.018?mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的sspp漏波天線，其特征在于，正微帶線（2）寬為4mm，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的sspp漏波天線，其特征在于，sspp結(jié)構(gòu)（4）由多個(gè)l型結(jié)構(gòu)首尾相連組成周期性凹槽（401），sspp結(jié)構(gòu)（4）中間段的凹槽（401）深度一致；構(gòu)成sspp結(jié)構(gòu)（4）中間段的凹槽（401）的l型結(jié)構(gòu)參數(shù)為：外寬p=6.8?mm、內(nèi)寬a=3.5?mm、外壁高d=5.0?mm和內(nèi)槽深h=2.4?mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的sspp漏波天線，其特征在于，金屬貼片（5）雙半橢圓交點(diǎn)間距r為4mm，金屬貼片（5）之間的距離為8mm，所述金屬貼片（5）之間的距離d是兩個(gè)雙半橢圓交點(diǎn)間距r中點(diǎn)之間的距離，金屬貼片（5）與同表面的sspp結(jié)構(gòu)（4）水平間距d為0.3mm。
10.一種sspp漏波天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：