[发明专利]一种基于双频超材料的去耦合阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双频超材料的去耦合阵列天线，属于超材料和天线阵列去耦合等领域。

背景技术

随着通信技术的不断发展，移动通信技术成为我们现实生活中不可或缺的重要移动通信技术。目前，移动通信技术正在向5G时代发展，所以必然会对通信技术提出新的要求，未来的通信系统将在同一个设备中集成多种通信协议。因此，将多个通信系统同时集成于一个设备中，对天线设计提出了一个新的要求，使天线的设计面临巨大的挑战。按照这个思路，设计天线时，必然需要满足多频带通信的要求。根据传统的天线设计，传统的设计方式是将多个单频带天线组合一起，实现多频带的需求，不仅需要进行各种天线的重新设计，而且天线的体积较大，不易于集成，增加了调试难度。因此，设计一副天线，要求其可以同时满足多频协议通信需求已经成为下一代天线设计的发展主流，这样，同一副天线就可以同时满足多个通信系统的要求，而且可以直接应用于其他的通信系统选中。所以，天线的小型化，多功能，多频带，通用性，易于集成化成为未来天线发展方向的趋势。相较于普通天线而言，阵列天线具有较高的增益，可以改善辐射场的方向性，已经广泛的应用于雷达、无线通信等领域。天线阵列中天线阵元之间的耦合，不仅会降低阵列天线的性能，而且以会降低天线的阵的增益，恶化辐射特性。阵列天线阵元之间的耦合成为影响阵列天线性能的关键因素。因此，如何降低阵列天线阵元之间的耦合作用成为当前阵列天线设计的重要热点课题之一。

微带天线是现代天线设计中比较最常见的一类天线，由于其设计简单，易于集成，空间面积比较小的特点，得到了广泛的应用天线阵列设计中。阵列天线的去耦方式主要有添加中和线，寄生单元方式，缺陷地结构，电磁带隙技术，和超材料技术。基于超材料的阵列天线去耦合技术是一门刚刚兴起的技术。超材料指的是一种自然界物质所不具备的超常电磁特性的人工复合结构或材料，且具有负介电常数，或者负磁导率，或者同时具备复介电常数和磁导率。当同时具备负介电常数和负磁导率时，超材料就会呈现负折射率特征。我们可以通过调整超材料单元结构的物理尺寸，可以在一定频段上实现普通材料所不具备的物理特性。由于人工电磁超材料具有谐振的本性，因此，我们可以在设计的时候，对结构进行设计，调节谐振频率附近的欧姆损耗以及介电损耗，实现对入射电磁波的吸收，从而提高天线阵元之间的隔离度。本发明正是基于超材料的这一特性，设计了一款可以在双频带同时去耦合的微带阵列天线。由于超材料所具有的特殊物理现象，所以超材料的应用与研究有着不可估量的前景。

发明内容

本发明针对目前阵列天线去耦合的不足，提供一种基于双频超材料的去耦合阵列天线。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于双频超材料的去耦合阵列天线，包括：公共接地板1、介质基板8、左侧矩形开口辐射贴片2、右侧矩形开口辐射贴片3、左侧同轴馈电端口4、右侧同轴馈电端口5、左侧双频超材料结构6和右侧双频超材料结构7；其特征在于，所述公共接地板1呈矩形，左侧同轴馈电端口4和右侧同轴馈电端口5对称布置在公共接地板1上；所述左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3均呈正方形，其一边上设有矩形缺口；左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3对称布置，并分别与左侧同轴馈电端口4和右侧同轴馈电端口5配合；左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3与公共接地板1之间形成的空间用介质基板8填充；左侧双频超材料结构6和右侧双频超材料结构7对称布置在介质基板8上，且位于左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3之间。

所述的左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3以及所述的左侧双频超材料结构6和右侧双频超材料结构7均采用覆铜结构。左侧矩形开口辐射贴片2和右侧矩形开口辐射贴片3在水平方向上相邻边之间的距离为12mm。

所述的介质基板8所采用的材料为介电常数为4.4的FR4；介质基板8呈矩形，且与双频超材料结构垂直的一边到双频超材料结构端点的距离为2mm，另一边与矩形开口辐射贴片外侧相距2mm。

左侧双频超材料结构6和右侧双频超材料结构7分别由8个超材料单元组成；所述的超材料单元包括：开口谐振环10、顺时针螺旋结构9和逆时针螺旋结构11；所述的开口谐振环10呈矩形，并设有开口；顺时针螺旋结构9和逆时针螺旋结构11布置在开口谐振环10内部，且顺时针螺旋结构9和逆时针螺旋结构11的起始点分别与开口谐振环10与开口相对的边相连；所述的8个超材料单元呈直线布置，且8个超材料单元的开口谐振环10的开口均朝向中心。