本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于人工表面等离激元结构的超低剖面垂直极化端射天线，尤其涉及一种基于人工表面等离激元(简称sspps)结构的多频带低剖面垂直极化端射天线，并且可以组成近似全向辐射的阵列。
背景技术：
科学技术的不断进步和社会各方面与日俱增的需求，推动着无线通信技术迅速发展，天线作为无线通信系统中的重要组成部分，也渐渐受到更多的关注。在卫星、汽车、船舶等各种载体上，通讯设备也是必不可少的，对天线的要求也越来越苛刻。在保证天线性能的基础上，天线的小型化和低剖面是发展的必然趋势。通常，端射天线都是由vivaldi天线、喇叭天线等形式来实现，但是这类天线剖面高度一般为1/2工作频率波长，在低频时尺寸较大。本发明利用spp理论中的波长缩短效应，实现天线的低剖面与小型化；将单片单边梳状的sspps天线进行组合，置于金属地板上，利用顶部sspps加载结构，在天线剖面不变的情况下，使工作频率降低，并实现端射效果。
专利文献cn109155462a公开了一种天线具有：线状的第1天线部；导通部，其将所述第1天线部和供电点连接；将所述第1天线部的两端短路而接地的区域；以及第2天线部，其与所述导通部隔着电介质而至少一部分与导通部重叠，配置于由所述区域和所述第1天线部包围的区域。该专利在天线性能上仍然有待提高的空间。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于人工表面等离激元结构的超低剖面垂直极化端射天线。
根据本发明提供的一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；所述sma接头对sspps天线进行馈电。
优选地，所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构。
优选地，所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用超薄pcb印刷层而成，是端射天线；所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值。
优选地，所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面，天线应用spp理论下的波长缩短效应，有效减小天线的工作波长，达到天线小型化。
优选地，通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励。
优选地，所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变。
优选地，所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙，可用于末端等效电容加载调谐。
优选地，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；所述sma接头对sspps天线进行馈电；所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构；所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用超薄pcb印刷层而成，是端射天线；所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值；所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面，天线应用spp理论下的波长缩短效应，有效减小天线的工作波长，达到天线小型化；通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励；所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变；所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙，可用于末端等效电容加载调谐。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过结合sspps理论的波长缩短效应，可以有效的降低天线的工作波长，从而实现小型化的目的。
2、本发明通过单边梳状排列的sspps传输与辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面。
3、本发明通过应用镜像原理，将天线剖面为降低一半。
4、本发明的天线主体均为pcb印刷板，结构简单容易加工。
5、本发明通过引入单边梳状排列的sspps传输与辐射结构及顶部sspps加载结构的复合结构，形成了多频带天线，可工作于412～470mhz，1.13～1.36ghz和1.45～1.68ghz三个频带。
6、本发明可将多个基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线进行圆环组阵，实现全向辐射。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的3d示意图。
图2为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线结构的正视示意图。
图3为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线中的单片结构的后视示意图。
图4为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的顶部视示意图。
图5为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的回波损耗示意图。
图6为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的在450mhz和1.6ghz处的第一水平面方向示意图。
图7为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的在450mhz和1.6ghz处的第二水平面方向示意图。
图8为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的阵列图及所有端口同时工作产生的第一水平全向方向示意图。
图9为基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的阵列图及所有端口同时工作产生的第二水平全向方向示意图。
图10所示是基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的一种改进形式示意图。
图11为改进形式的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的正视示意图。
图12为改进形式的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的俯视示意图。
图13为改进形式的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的侧视示意图。
图14为改进形式的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的仿真回波损耗结果示意图。
图15所示为改进形式的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线在450mhz处的方向示意图。
图中：
ⅰ为金属片iii为天线的顶端sspps加载结构
ⅱ为介质fr-4iv为sma馈电头
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的1、一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；所述sma接头对sspps天线进行馈电。
优选地，所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构。
优选地，所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用超薄pcb印刷层而成，是端射天线；所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值。
优选地，所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面，天线应用spp理论下的波长缩短效应，有效减小天线的工作波长，达到天线小型化。
优选地，通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励。
优选地，所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变。
优选地，所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙，可用于末端等效电容加载调谐。
优选地，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；所述sma接头对sspps天线进行馈电；所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构；所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用超薄pcb印刷层而成，是端射天线；所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值；所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面，天线应用spp理论下的波长缩短效应，有效减小天线的工作波长，达到天线小型化；通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励；所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变；所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙，可用于末端等效电容加载调谐。
具体地，在一个实施例中，参阅图1至图4，本发明所提供的一种采用基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，包括：单边梳状排列的sspps传输与辐射结构、顶端sspps加载结构、sma接头、fr-4介质层，等高的金属柱。
天线辐射结构为图1中的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线。通过天线背面的金属微带线进行耦合馈电，在sma接头进行射频激励。进一步地，天线辐射结构为梳状排列的sspps结构。图1中天线长为367mm，高为61mm，宽为150mm。
本发明全向的工作原理如下：
如图1所示，其为本发明基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线的3d图。射频激励信号sma接头从单边梳状的sspps天线一侧对天线馈电，从而可以对每片端射天线单独馈电，信号经过图2的梳齿状结构将电磁波逐渐从传统的传输模式过渡到sspps模式下，从而有效的减小天线的尺寸，提高天线的辐射效率。
如图3是本实施例的单片单边梳状的sspps天线的背面。
如图4是本实施例的另外一种馈电方式，采用背馈结构，可实现相同的辐射效果。
如图5所示是本实施例的仿真得到的回波损耗图。
如图6、7所示是本实施例的单边梳状的sspps天线仿真得到的在450mhz,1.6ghz的辐射方向图。
如图8所示，本实施例可组成圆环阵实现全向辐射，图8为四元阵，也可根据需要组成8元阵，16元阵等。
如图9所示是本实施例在1.6ghz处的理想全向辐射方向图。
如图10所示是前面天线的一种改进形式，称为实施例2，通过在垂直方向延伸sspps结构，增强了其承载能力，天线的工作频段为408.6-474.3mhz。
如图11至图13所示为实施例2的正视图、俯视图和侧视图。
如图14所示为实施例2的仿真回波损耗结果。
如图15所示为实施例2在450mhz处的方向图。
具体地，在一个实施例中，通过在垂直方向对顶端sspps加载结构进行延伸，增强了其承载能力，天线的工作频段为408.6-474.3mhz。
本发明通过结合sspps理论的波长缩短效应，可以有效的降低天线的工作波长，从而实现小型化的目的。本发明通过单边梳状排列的sspps传输与辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面。本发明通过应用镜像原理，将天线剖面为降低一半。本发明的天线主体均为pcb印刷板，结构简单容易加工。本发明通过引入单边梳状排列的sspps传输与辐射结构及顶部sspps加载结构的复合结构，形成了多频带天线，可工作于412～470mhz，1.13～1.36ghz和1.45～1.68ghz三个频带。本发明可将多个基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线进行圆环组阵，实现全向辐射。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
1.一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；
所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；
所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；
所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；
所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；
所述sma接头对sspps天线进行馈电。
2.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，
所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构。
3.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用pcb印刷层而成；
所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值。
4.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面。
5.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励。
6.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变。
7.根据权利要求4所述的基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙。
8.一种基于人工表面等离激元结构的低剖面垂直极化端射天线，其特征在于，包括：微带线激励结构、sspps传输与辐射结构、顶部sspps加载结构、介质层、sma接头；
所述sspps传输与辐射结构均匀分布在地板上方；
所述顶部sspps加载结构与sspps传输与辐射结构直接相连；
所述顶部sspps加载结构与地板平面平行；
所述sma接头位于单边梳状排列的sspps天线的左侧；
所述sma接头对sspps天线进行馈电；
所述sspps传输与辐射结构为单边梳状排列的sspps传输与辐射结构；
所述单边梳状排列的sspps传输与辐射结构采用pcb印刷层而成；
所述pcb印刷所形成的印刷层小于设定厚度阈值；
所述sspps天线通过单边梳状的sspps传输线结构和辐射结构以及顶部sspps加载结构来减小天线的剖面；
通过sma接头对单边梳状的sspps天线进行射频激励；
所述sspps天线的高度在传输部分保持不变，辐射部分高度由高至低渐变；
所述顶部sspps加载结构的末端能够向两边延长，并向下弯折90度，接近地面时末端分别再弯折90度，与地面平行，并与地面之间保留尺寸小于设定阈值的缝隙。
技术总结