技术摘要：
一种非对称双人工表面等离激元的和差波束天线，由介质基板(1)、以及在介质基板(1)上的共面波导到人工表面等离激元的过渡段(2)、上人工表面等离激元(31)和下人工表面等离激元(32)组成；介质基板(1)两面都有金属导体(4)，且对称分布在介质基板(1)的两面，由金属化过孔(5) 全部
背景技术：
在定位和追踪应用中，由于差波束的零向附近增益在极窄的角度范围内急剧下 降，差波束具有精确定位的作用；和波束与差波束常常结合使用，和波束的高增益特性用于 发现目标、判定目标大致方向。现有的天线通常使用两个相同的天线，通过不同的馈电网络 实现和波束以及差波束，这样使得馈电网络的结构比较复杂，而且馈电损耗也比较大。 人工表面等离激元(SSPP)是一种在微波或太赫兹频段上的单导体传输线，可以在 金属表面产生高束缚的人工表面等离激元模式。由于SSPP具有慢波特性、较强的场束缚能 力、较低的中距离传输损耗以及良好的共形能力，在微波元器件的设计，尤其是漏波天线设 计中受到广泛关注。同时，基于人工表面等离激元的端射天线通过奇模馈电实现和波束的 辐射方向图。
技术实现要素：
技术问题:本发明所要解决的技术问题是提出一种双人工表面等离激元的端射天 线，具有端射的和波束以及差波束，具有简单的馈电结构。 技术方案：本发明解决其技术问题采用的技术方案是： 该天线包括介质基板、以及在介质基板上的共面波导到人工表面等离激元的过渡 段、上人工表面等离激元和下人工表面等离激元；介质基板两面都有金属导体，且对称分布 在介质基板的两面，由金属化过孔连接；过渡段包括顺序设置的馈电段、渐变段、模式转换 段三部分；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元共用一个公用侧边，上人工表面等 离激元和下人工表面等离激元结构上是一体的，但上人工表面等离激元和下人工表面等离 激元传输的两个不同的模式；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的长度一样；上 人工表面等离激元包括上相移段和上辐射段，上相移段由多个上周期单元组成；下人工表 面等离激元有下相移段和下辐射段，下相移段由多个下周期单元组成；上人工表面等离激 元和下人工表面等离激元具有不同的色散特性曲线，使得上人工表面等离激元的辐射场和 下人工表面等离激元的辐射场，在端射方向在不同的频率时，会交替呈现和波束以及差波 束；当频率在和波束的频率与差波束的频率之间变化时，波束方向会围绕端射方向扫描。 其中 所述馈电段具有任意相位特性，其内边为曲线状，上下对称，对设计频带内的电磁 波具有较小的反射系数。 所述的渐变段其内边为曲线状，上下对称，将馈电结构输入的功率平均分为两部 分。 所述的模式转换段的内边为曲线状，上下对称，两侧金属之间的开口逐渐张开，将 3 CN 111555023 A 说 明 书 2/5 页 电磁波由共面波导模式转变到人工表面等离激元模式。 所述的上周期单元的周期长度不同于下周期单元的周期长度。 利用两条人工表面等离激元传输线的不同色散曲线，在不同的频率实现和波束、 差波束以及波束扫描。 介质基板两面为完全一致的金属导体结构，通过金属化过孔在金属边沿相连；馈 电为一共面波导，渐变渐变张开，将共面波导的两条槽分为两路槽线，分别给上人工表面等 离激元和下人工表面等离激元馈电，共面波导上输入的功率被平均分配到两路槽线上；在 模式转换的中心导体两侧开出逐渐变深的矩形槽，模式转换两侧金属导体逐渐张开，使槽 线中的电磁场模式转换为人工表面等离激元模式，实现与上人工表面等离激元和下人工表 面等离激元的匹配；设计模式转换的中心导体的宽度，使上人工表面等离激元和下人工表 面等离激元的耦合小至可以忽略；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元具有不同的 色散特性曲线，两者的长度一样，在一些频段，可形成180度奇数倍的相位差，即可实现和波 束；在另一些频段，可达到180度偶数倍的相位差，即可实现差波束；在和波束与差波束之间 的频段，实现波束随频率的扫描。两列具备特定相位差的电磁波由上辐射段和下辐射段辐 射到自由空间，在远场区域叠加形成端射的和波束、差波束，或者波束随频率扫描。 上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的不对称也可以通过不同的上周期 单元和下周期单元不同的结构现状、尺寸实现。 可以沿公用侧壁开槽、或者沿公用侧壁加载垂直金属屏蔽墙降低上人工表面等离 激元和下人工表面等离激元的耦合。 本发明的工作频率根据上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的色散曲线 设计，其形式为相移常数随频率变化的函数。 有益效果：本发明的有益效果是： (1)本发明提出了一种非对称双人工表面等离激元的和差波束天线，利用了两条 不同色散曲线的人工表面等离激元传输线，实现了在不同频率下的和波束、差波束，以及波 束随频率扫描功能； (2)本发明利用了人工表面等离激元模式的色散特性，拓展了在天线设计中人工 表面等离激元模式的思路； (3)本发明实现了多频带工作，具备在人工表面等离激元工作频率范围内任两个 或多个指定频点上实现端射的功能； (4)本发明使用了共面波导馈电，便于连接到同轴连接线上，馈电简单损耗小、使 用简单； (5)本发明结构简单，便于低成本制作和实现。 附图说明 图1是本发明的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线的结构示意图。 图2是本发明实施例中上人工表面等离激元和下人工表面等离激元中、相移段的 周期单元的结构示意图。 图3是本发明实施例中上人工表面等离激元和下人工表面等离激元相速关于频率 的色散关系曲线图。 4 CN 111555023 A 说 明 书 3/5 页 图4是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线在端射方 向上增益关于频率变化的示意图。 图5是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线在各工作 频率上的辐射方向性图。 图6是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线的散射参 数示意图。 图中有：介质基板1、过渡段2、馈电段21、渐变段22、模式转换段23、公用侧边30、上 人工表面等离激元31、上相移段311、上辐射段312、上周期单元3111、下人工表面等离激元 32、下相移段321、下辐射段322、下周期单元3211、金属导体4和金属化过孔5。
一种非对称双人工表面等离激元的和差波束天线，由介质基板(1)、以及在介质基板(1)上的共面波导到人工表面等离激元的过渡段(2)、上人工表面等离激元(31)和下人工表面等离激元(32)组成；介质基板(1)两面都有金属导体(4)，且对称分布在介质基板(1)的两面，由金属化过孔(5) 全部
背景技术：
在定位和追踪应用中，由于差波束的零向附近增益在极窄的角度范围内急剧下 降，差波束具有精确定位的作用；和波束与差波束常常结合使用，和波束的高增益特性用于 发现目标、判定目标大致方向。现有的天线通常使用两个相同的天线，通过不同的馈电网络 实现和波束以及差波束，这样使得馈电网络的结构比较复杂，而且馈电损耗也比较大。 人工表面等离激元(SSPP)是一种在微波或太赫兹频段上的单导体传输线，可以在 金属表面产生高束缚的人工表面等离激元模式。由于SSPP具有慢波特性、较强的场束缚能 力、较低的中距离传输损耗以及良好的共形能力，在微波元器件的设计，尤其是漏波天线设 计中受到广泛关注。同时，基于人工表面等离激元的端射天线通过奇模馈电实现和波束的 辐射方向图。
技术实现要素：
技术问题:本发明所要解决的技术问题是提出一种双人工表面等离激元的端射天 线，具有端射的和波束以及差波束，具有简单的馈电结构。 技术方案：本发明解决其技术问题采用的技术方案是： 该天线包括介质基板、以及在介质基板上的共面波导到人工表面等离激元的过渡 段、上人工表面等离激元和下人工表面等离激元；介质基板两面都有金属导体，且对称分布 在介质基板的两面，由金属化过孔连接；过渡段包括顺序设置的馈电段、渐变段、模式转换 段三部分；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元共用一个公用侧边，上人工表面等 离激元和下人工表面等离激元结构上是一体的，但上人工表面等离激元和下人工表面等离 激元传输的两个不同的模式；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的长度一样；上 人工表面等离激元包括上相移段和上辐射段，上相移段由多个上周期单元组成；下人工表 面等离激元有下相移段和下辐射段，下相移段由多个下周期单元组成；上人工表面等离激 元和下人工表面等离激元具有不同的色散特性曲线，使得上人工表面等离激元的辐射场和 下人工表面等离激元的辐射场，在端射方向在不同的频率时，会交替呈现和波束以及差波 束；当频率在和波束的频率与差波束的频率之间变化时，波束方向会围绕端射方向扫描。 其中 所述馈电段具有任意相位特性，其内边为曲线状，上下对称，对设计频带内的电磁 波具有较小的反射系数。 所述的渐变段其内边为曲线状，上下对称，将馈电结构输入的功率平均分为两部 分。 所述的模式转换段的内边为曲线状，上下对称，两侧金属之间的开口逐渐张开，将 3 CN 111555023 A 说 明 书 2/5 页 电磁波由共面波导模式转变到人工表面等离激元模式。 所述的上周期单元的周期长度不同于下周期单元的周期长度。 利用两条人工表面等离激元传输线的不同色散曲线，在不同的频率实现和波束、 差波束以及波束扫描。 介质基板两面为完全一致的金属导体结构，通过金属化过孔在金属边沿相连；馈 电为一共面波导，渐变渐变张开，将共面波导的两条槽分为两路槽线，分别给上人工表面等 离激元和下人工表面等离激元馈电，共面波导上输入的功率被平均分配到两路槽线上；在 模式转换的中心导体两侧开出逐渐变深的矩形槽，模式转换两侧金属导体逐渐张开，使槽 线中的电磁场模式转换为人工表面等离激元模式，实现与上人工表面等离激元和下人工表 面等离激元的匹配；设计模式转换的中心导体的宽度，使上人工表面等离激元和下人工表 面等离激元的耦合小至可以忽略；上人工表面等离激元和下人工表面等离激元具有不同的 色散特性曲线，两者的长度一样，在一些频段，可形成180度奇数倍的相位差，即可实现和波 束；在另一些频段，可达到180度偶数倍的相位差，即可实现差波束；在和波束与差波束之间 的频段，实现波束随频率的扫描。两列具备特定相位差的电磁波由上辐射段和下辐射段辐 射到自由空间，在远场区域叠加形成端射的和波束、差波束，或者波束随频率扫描。 上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的不对称也可以通过不同的上周期 单元和下周期单元不同的结构现状、尺寸实现。 可以沿公用侧壁开槽、或者沿公用侧壁加载垂直金属屏蔽墙降低上人工表面等离 激元和下人工表面等离激元的耦合。 本发明的工作频率根据上人工表面等离激元和下人工表面等离激元的色散曲线 设计，其形式为相移常数随频率变化的函数。 有益效果：本发明的有益效果是： (1)本发明提出了一种非对称双人工表面等离激元的和差波束天线，利用了两条 不同色散曲线的人工表面等离激元传输线，实现了在不同频率下的和波束、差波束，以及波 束随频率扫描功能； (2)本发明利用了人工表面等离激元模式的色散特性，拓展了在天线设计中人工 表面等离激元模式的思路； (3)本发明实现了多频带工作，具备在人工表面等离激元工作频率范围内任两个 或多个指定频点上实现端射的功能； (4)本发明使用了共面波导馈电，便于连接到同轴连接线上，馈电简单损耗小、使 用简单； (5)本发明结构简单，便于低成本制作和实现。 附图说明 图1是本发明的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线的结构示意图。 图2是本发明实施例中上人工表面等离激元和下人工表面等离激元中、相移段的 周期单元的结构示意图。 图3是本发明实施例中上人工表面等离激元和下人工表面等离激元相速关于频率 的色散关系曲线图。 4 CN 111555023 A 说 明 书 3/5 页 图4是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线在端射方 向上增益关于频率变化的示意图。 图5是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线在各工作 频率上的辐射方向性图。 图6是本发明实施例提供的非对称双人工表面等离激元的和差波束天线的散射参 数示意图。 图中有：介质基板1、过渡段2、馈电段21、渐变段22、模式转换段23、公用侧边30、上 人工表面等离激元31、上相移段311、上辐射段312、上周期单元3111、下人工表面等离激元 32、下相移段321、下辐射段322、下周期单元3211、金属导体4和金属化过孔5。
