[发明专利]一种超材料加载的低互耦天线阵

说明书

本发明涉及一种超材料加载的低互耦天线阵，包括接地面、金属贴片、金属连接杆、馈电探针和介质基板，所述金属贴片依次通过所述金属连接杆、馈电探针与所述接地面相连，所述接地面与所述金属贴片之间为空气介质；所述金属贴片呈N×N阵列式分布，且所述金属贴片上开有U型槽；所述介质基板位于所述接地面上，且所述介质基板位于相邻的两个所述金属贴片之间，所述介质基板上蚀刻有双开口环单元，N指金属贴片的阵列数。本发明的有益效果为：采用空气介质，在贴片上蚀刻U型槽从而实现了宽带特性；利用双开口环结构固有的带阻特性在其阻带内有效抑制了天线阵列的互耦影响；具有紧凑的结构和互耦抑制的特性，平面结构易于加工，适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及超材料加载的天线阵列技术领域，尤其涉及一种超材料加载的低互耦天线阵。

背景技术

自无线通讯技术诞生百年以来，天线技术迅速发展，日趋成熟。不管是在家里还是在工作，不管是交通工具还是卫星甚至航天飞机中，天线随处可见，在社会生活中的重要性与日俱增，已经广泛应用于日常生活的各个领域之中。在实际工程应用中，经常需要天线具有高增益、大功率、低旁瓣等特性。很多时候，只用单个的微带天线往往很难满足要求，这就需要将微带天线组成阵列，以符合指定要求。几十年来，阵列技术广泛应用于实际工程中，大大推动了阵列技术理论的发展。

在研究阵列天线时，一般都假设各单元在理想情况下工作，互不干扰。然而，在实际的阵列天线系统中，各天线单元都属于开放型电路，它们之间因为存在电磁耦合而相互影响。受互耦效应影响，阵列天线工作时，各单元天线所接收的信号包括对入射的平面波的响应和对周围单元天线所引起散射场的响应两部分；当发射信号时，各单元天线的表面电流不仅包括馈源激励，还包括相邻单元的散射激励。天线的互耦效应会直接对天线各性能指标产生很多不利的影响，如增益降低，辐射方向图失真，信噪比变差，电流分布变化，驻波比变化，输入阻抗变化。总之，在设计天线时，由于互耦效应的存在，天线很难达到理想的最佳设计效果。

对于解决阵列天线互耦效应的问题，目前提出了很多抑制的方法，但各自有其局限性。由于目前微带天线阵的小型化设计趋势，天线单元之间不可避免存在能量的互相耦合，即互耦效应，这大大影响了天线阵列的效率，导致天线方向图恶化，甚至影响馈电网络的匹配，因此，互耦的影响不可低估，在设计紧凑高效的天线阵列时必须充分考虑。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种超材料加载的低互耦天线阵，用以解决现有技术天线阵列中阵元之间互耦抑制的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种超材料加载的低互耦天线阵，主要包括接地面、金属贴片、金属连接杆、馈电探针和介质基板，所述金属贴片依次通过所述金属连接杆、馈电探针与所述接地面相连，所述接地面与所述金属贴片之间为空气介质；所述金属贴片呈N×N阵列式分布，且所述金属贴片上开有U型槽；所述介质基板位于所述接地面上，且所述介质基板位于相邻的两个所述金属贴片之间，所述介质基板上蚀刻有双开口环单元，N指金属贴片的阵列数。

本发明天线阵中采用空气介质，同时在金属贴片上开有U型槽，能够实现天线的宽带特性；同时，本发明在相邻的金属贴片之间加载双开口环单元，有效抑制了天线阵的互耦影响。

进一步的，所述金属贴片上蚀刻有U型槽，所述金属贴片的长宽高尺寸是210mm×115mm×2mm。

本发明上述尺寸是由阵列天线工作频率决定的，采用上述尺寸可以确保天线单元的中心频率满足指标要求。

进一步的，所述U型槽位于金属贴片的上表面，所述U型槽的开口垂直于所述金属贴片的长边。

本发明将U型槽的开口垂直于金属贴片的长边是因为开口方向与贴片表面的电流路径和密度分布有关，开口垂直于金属贴片的长边能够拓展带宽，实现宽带特性。

进一步的，所述金属贴片的材质是铜。