一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线制造技术

发明专利技术公开了一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线，属于全向天线技术领域。包括由上至下依次连接的上层贴片、圆形基板和下层贴片，圆形基板的圆心处通过中心贴片连接着同轴连接器，形成全向辐射特性；上层贴片和下层贴片结构相同，且上下对应构成偶极子；上层贴片包括八块顺时针均布设置的扇形贴片，形成轮毂状；扇形贴片的扇形导板通过微带传输线连接着中心贴片，微带传输线上均布设有呈锯齿状的由30个人工表面等离激元单元等间距排列组成的人工表面等离激元传输线。本发明专利技术天线的工作带宽范围为4.71~7.29GHz，总效率达到78.5%。天线整体直径尺寸为0.92λ，剖面高度为1mm。本发明专利技术实现了在C和XC波段下对全向天线低成本、低剖面、低损耗、易于与平面电路集成的要求。易于与平面电路集成的要求。易于与平面电路集成的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线


[0001]本专利技术属于全向天线
，具体涉及一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线。

技术介绍

[0002]全向天线是一种按方向性分类的天线，具有苹果形辐射图样，水平面辐射均匀。方向天线在波束角度上的辐射增益高于全向天线，但剩余的方向增益相对较弱。因此，在单点到多用户的无线通信中，全向天线的性能优于定向天线。此外，全向天线比定向天线更有利于低密度用户的覆盖。随着无线通信产业的发展，许多全向天线被提出，现有技术中大多数水平极化全向无法在保证良好的全向带宽的同时实现天线尺寸的小型化以及结构和馈电方式的简单化，不能满足实际工程应用中外部环境的复杂性。人工表面等离激元SSPP）是太赫兹和微波频段的一种沿金属表面传播并沿垂直界面方向呈指数衰减的表面波，具有损耗小，深亚波长、色散可调和易于共形的特点。目前，基于人工表面等离激元SSPP）结构的天线技术已经越来越成熟，但与这种结构相关的全向辐射天线还很少。一种采用共面波导馈线结构，基片上部采用慢波传输线，背面由金属螺旋臂组成的，在中心频率处达到了全向效应，但可用带宽较窄。有论文提出天线通过介质板上与慢波传输结构相结合的共面波导向圆盘形介质谐振器馈电，介电谐振器的谐振频率与材料和结构的介电常数有关，但并不是所有的介电常数都能找到相应的材料。事实上，若天线的厚度太大，那么便不容易集成，因此，设计一种结构简单、尺寸小、剖面低、带宽大的水平极化全向天线是迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]为了使全向天线实现结构简单、尺寸小、剖面低、带宽大，且易于与平面电路集成，本专利技术提供一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线。
[0004]一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线包括圆形基板2，圆形基板2的圆心处开设有通孔，圆形基板2的一侧面上设有上层贴片1，圆形基板2的另一侧面上设有下层贴片3，所述通孔处设有同轴连接器，形成全向辐射特性；所述上层贴片1和下层贴片3结构相同，上下对应构成偶极子；上层贴片1包括八块顺时针均布设置的扇形贴片；扇形贴片的外圆周处为扇形导板8，扇形导板8的一侧径向边连接着微带传输线10的一端，微带传输线10的另一端连接着圆环状的中心贴片，微带传输线10上均布设有呈锯齿状的人工表面等离激元传输线11；上层贴片1上的八块扇形锯齿状贴片均连接着上层中心贴片4，下层贴片3上的八块扇形锯齿状贴片均连接着下层中心贴片7；所述同轴连接器内芯13连接着上层中心贴片4，实现馈电；同轴连接器外导体12连接着下层中心贴片7，实现接地；所述宽带全向天线的工作带宽为4.71~7.29GHz，在整个全向频率范围内，总效率达到78.5%，天线整体直径为0.92λ，剖面高度为1mm。
[0005]进一步的技术方案如下：所述上层贴片1包括八块顺时针均布设置的上层扇形贴片5，每块上层扇形贴片5的微带传输线上的人工表面等离激元传输线由30个人工表面等离激元单元9等间距排列组成，30个人工表面等离激元单元9在微带传输线上向扇形导板8方向呈阶梯状递增排列，扇形导板8与相邻的末尾的人工表面等离激元单元9级联。
[0006]所述扇形导板8以扇形贴片的扇形圆心为中心，以C角度扫过，外径与内径之差为3mm；所述C角度为25度。
[0007]所述人工表面等离激元传输线11由30个长度递增的人工表面等离激元单元9以间距h组成，h为0.3mm，与扇形圆心相邻处的人工表面等离激元单元长度为0.1mm，相邻单元长度增量为0.1mm。
[0008]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1、本专利技术是基于人工表面等离激元（SSPP）的全向天线，由图7可知，本专利技术全向天线在人工表面等离激元模式下工作，由于人工表面等离激元结构的慢波特性，其波长比微带线的波长小，对电磁波具有很强的约束能力，随着频率的增加，约束场得到增强，损耗更低使阻抗匹配带宽达到43.9%，在整个全向频率范围内，总效率达到78.5%，同时天线的整体直径尺寸为0.92λ，剖面高度为1mm。
[0009]2、基于人工表面等离激元（SSPP）的全向天线的基片上下表面的轮毂形贴片构成镜像偶极子，弥补了金属地板不能直接使用的缺陷，同时，通过实验对比，使用偶极子模式，使阻抗匹配带宽从0达到43.9%，所以选择使用偶极子模式代替金属地板。此外，通过实验对比，外围扇形导版能够使不圆度降低，提升了全向辐射效果。
附图说明
[0010]图1是本专利技术整体结构俯视图。
[0011]图2是本专利技术整体结构仰视图。
[0012]图3是侧视结构示意图。
[0013]图4是图1中锯齿状扇形贴片结构示意图。
[0014]图5是本专利技术整体结构侧面俯视爆炸图。
[0015]图6是本专利技术整体结构侧面仰视爆炸图。
[0016]图7是本专利技术人工表面等离激元（SSPP）结构的色散曲线图。
[0017]图8是本专利技术工作在4.8GHZ下的E面和H面方向图。
[0018]图9是本专利技术工作在6GHZ下的E面和H面方向图。
[0019]图10是本专利技术工作在7.4GHZ下的E面和H面方向图。
[0020]图11是本专利技术工作的阻抗匹配带宽和增益参数图。
[0021]图1
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图6中，上层贴片1、圆形基板2、下层贴片3、上层中心贴片4、上层扇形贴片5、下层扇形贴片6、下层中心贴片7、扇形导板8、人工表面等离激元单元9、微带传输线10、等离激元传输线11、同轴连接器外导体12、同轴连接器内芯13。
具体实施方式
[0022]下面结合附图，通过实施例对本专利技术作进一步地描述。
实施例
[0023]参见图1，一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线包括圆形基板2，圆形基板2的圆心处开设有通孔，圆形基板2的一侧面上贴设有上层贴片1，圆形基板2的另一侧面上贴设有下层贴片3，见图2；通孔处安装有同轴连接器，见图3，形成全向辐射特性。
[0024]所述上层贴片1和下层贴片3结构相同，且上下对应构成偶极子。参见图4，上层贴片1包括八块顺时针均布设置的上层扇形贴片5；上层扇形贴片5的外圆周处为扇形导板8，扇形导板8的一侧径向边连接着微带传输线10的一端，微带传输线10的另一端连接着圆环状的上层中心贴片4。每块上层扇形贴片5的微带传输线10上的等离激元传输线11由30个人工表面等离激元单元9等间距排列组成，30个人工表面等离激元单元9在微带传输线上向扇形导板8方向呈阶梯状递增排列，扇形导板8与相邻的末尾的人工表面等离激元单元9级联。30个长度递增的人工表面等离激元单元9以间距h组成，间距h为0.3mm,与扇形圆心相邻处的人工表面等离激元单元长度为0.1mm，相邻单元长度增量为0.1mm，每条人工表面等离激元单元9的宽度a为0.2mm，相邻单元长度增量为0.1mm。同轴连接器内芯13连接着上层中心贴片4，实现馈电。
[0025]参见图5和图6，下层贴片3上的八块下层扇形状贴片6均连接着下层中心贴片7，同轴连接器外导体12连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工表面等离激元的宽带全向天线，其特征在于：包括圆形基板（2），圆形基板（2）的圆心处开设有通孔，圆形基板（2）的一侧面上设有上层贴片（1），圆形基板（2）的另一侧面上设有下层贴片（3），所述通孔处设有同轴连接器，形成全向辐射特性；所述上层贴片（1）和下层贴片（3）结构相同，且上下对应构成偶极子；上层贴片（1）包括八块顺时针均布设置的扇形贴片，形成轮毂状；扇形贴片的外圆周处为扇形导板（8），扇形导板（8）的一侧径向边连接着微带传输线（10）的一端，微带传输线（10）的另一端连接着圆环状的中心贴片，微带传输线（10）上均布设有呈锯齿状的人工表面等离激元传输线（11）；上层贴片（1）上的八块扇形锯齿状贴片均连接着上层中心贴片（4），下层贴片（3）上的八块扇形锯齿状贴片均连接着下层中心贴片（7）；所述同轴连接器的内芯（13）连接着上层中心贴片（4），实现馈电；同轴连接器的外导体连接着下层中心贴片（7），实现接地；所述宽带全向天线的工作带宽为4.71~7.29GHz，在整个全向频率范围内，总效率达...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜兆能，齐吉全，聂丽瑛，郑阳，王异玄，沙永信，梁辉，孟帅，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：