[发明专利]一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线

说明书

本发明涉及一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线，从上到下依次层叠有超表面、辐射贴片及馈电网络、介质层2、介质层1、接地板，辐射贴片上加载有所述超表面。天大大提高了天线的阻抗带宽和轴比带宽。辐射贴片辐射边中心处串联一段传输线。可以改善天线在谐振频率附近的输入阻抗特性，使得阻抗变化趋于稳定且为纯实数，进而方便后续的组阵。本发明将4单元顺序旋转馈电网络简化为2单元，并在X方向使用一分四路不等分功分器，这样既能优化天线的轴比，又能降低天线XZ面的副瓣电平。

技术领域

本发明涉及一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线，属于通信天线技术领域。

背景技术

天线作为无线通信系统的射频前端，其性能的好坏直接决定通信质量的好坏，而高质量的通信系统对天线提出了更高要求：需要足够大的带宽以满足通信速率的需求；需要低副瓣电平以减小对接受天线的干扰；需要圆极化以抗多径效应以及雨雾干扰。

传统的圆极化单元采用方形切角贴片，但其带宽较窄，一般只有1％左右，且其输入阻抗随频率变化非常剧烈，不利于组阵，所以如何改善单元贴片性能以获得相对稳定的输入阻抗是一个难点。而在组阵时，为了获得宽带圆极化特性，传统阵列一般使用4单元顺序旋转的馈电网络，这种馈电方法需要设计一分四路等功率分配功分器，但等功分的阵列无法实现低副瓣的要求。而对于低副瓣的阵列又需要控制各个单元的功率不相等。所以既要获得宽带圆极化特性又要获得低副瓣特性本身就是一对矛盾。

传统圆极化阵列天线的馈电网络采用四单元顺序旋转的馈电结构，如图10所示：它由Z1到Z7这7段四分之波长阻抗变换段构成，其中Z2,Z4,Z6组成了一个四分之三圆，这种馈电网络结构紧凑，会使得分配到各个辐射贴片单元的电流幅度相等，而相邻两单元之间的相位差为90°，可以起到优化圆极化天线轴比，展宽轴比带宽的作用。但是，由于其电流分布是等幅分布所以起不到压低副瓣电平的作用，而且这种馈电网络的电路模型计算十分复杂，设计起来也很困难。

中国专利文献107579344A公开了一种毫米波基片集成波导双圆极化低副瓣共口径阵列天线，从上往下依次层叠：第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层；本发明将基于基片集成波导的90°耦合器和共口径平行板长缝阵列天线产生的两个空间正交，相位相差90°的线极化波，分别通过基片集成波导不等功分馈电网络对其各线极化自方向图的进行一维H面低副瓣赋形，由圆极化方向图合成原理，实现双圆极化方向图的两个正交面内的低副瓣，使用一维赋形技术在实现双圆极化的两个正交平面低副瓣的同时，简化馈电网络实现难度，本天线采用基片集成波导平行板长缝隙阵形式实现低副瓣双圆极化共口径生成。但是，该专利未能实现较宽的阻抗宽带和轴比带宽。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线；

本发明一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线，中心频率为5.8GHz，非常好地克服了现有技术的不足。

术语解释：

1、超表面，是指一种厚度小于波长的人工层状材料，超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控，超表面可视为超材料的二维对应。

2、辐射贴片，微带贴片天线是由很薄的金属片以远小于波长的间隔置于一接地板上，金属片与接地板之间用介质层隔开。如图7所示：从上往下依次是金属片，介质层，接地板，而最上方的金属片就是辐射贴片，电磁能量正是从辐射贴片的边缘辐射出去的，因此称其为辐射贴片。

3、馈电网络，是指把阵列天线各辐射贴片连接起来并转换到50欧姆SMA馈电接头的微带传输线网络，也就是微带功分器，如图8所示。

本发明的技术方案为：

一种加载超表面的宽带低副瓣圆极化阵列天线，从上到下依次层叠有超表面、介质层2、辐射贴片及馈电网络、介质层1、接地板，所述辐射贴片上加载有所述超表面。