[发明专利]基于超表面的高增益双频圆极化天线

说明书

本发明公开了一种基于超表面的高增益双频圆极化天线，它的工作频段是K波段和Ka波段，该天线的金属层包括微带环馈线、开十字槽缝的接地平面、超表面，位于最下方的微带环馈线和位于中间的开缝接地平面互相耦合，电磁波能量耦合到最上层的超表面并被辐射出去，微带环馈线的顺序旋转结构可以产生90度的相位差从而激励圆极化，这种馈电结构能够实现宽的轴比带宽，超表面能够影响高低频段的轴比带宽和增益，该天线在两个频段内的增益都大于5dBic,这个单端口馈电的双频圆极化天线在两个频段带内都具有较好的辐射特性，而且该结构紧凑，易于加工，因此在无线通讯系统中具有较好的使用前景。

技术领域

本发明属于光学/微波、无线通信与测试仿真技术领域，具体涉及一种基于超表面的高增益双频圆极化天线。

背景技术

随着社会的进步，通信信息服务不断发展，为了提高通信系统的通讯速率，目前通信频段越来越向高频段发展，尤其在K、Ka波段，工作在这两个频段要求天线具有尺寸小、增益高等相关特性。由于电磁兼容等一些问题，人们通常希望一副天线可以“集成”多个工作频段，这样在很多情况下就能够共用同一副天线。因此天线的双频乃至多频圆极化技术愈发受到关注，因为圆极化天线本身所具有的特性：(1)受法拉第旋转效应的影响小；(2)接收天线与发射天线之间不需要保持方向一致，移动性强；(3)可以接收任意线极化波，其发射波也能被任意线极化天线接收，故这些优点使得圆极化天线成为在现代通信尤其是卫星通信和定位领域中不可或缺的关键部件。

目前有几种能够实现双频工作的天线形式，但各有优缺点。波导缝隙天线是在波导宽边或窄边进行开缝，通常有行波、驻波两种阵列形式，但辐射单元缝隙的增益相对较低，由于为串馈形式，带宽内出现频扫现象，随着工作频率的增高，要求加工精度也越高，需借助较高的焊接工艺加工制造，成品率较低，导致成本较高，且实现双频圆极化共口径辐射，难度较大。反射面天线在Ka频段具有很好的射频性能，差损低、辐射效率高、实现圆极化辐射相对技术较为简单，但该形式天线物理尺寸较大，不适用在一些空间狭小的场合。透镜反射面天线类似，通常采用馈源照射介质球、介质饼等，使波束聚焦，实现高增益照射的目的，但与反射面天线同样具有天线体积尺寸过大，无法实现波束调整的功能。与此同时，由于微带天线自身拥有很多出众的特点，例如结构灵巧、易于集成、造价低廉等，所以特别适合制作双频圆极化天线,本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种利用微带线馈电的双频圆极化天线，本发明的特点是损耗低，增益高，结构紧凑。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超表面的高增益双频圆极化天线，该天线具有结构简单、增益高等优点。接地平面与单端口的馈电线耦合，激发圆极化的正交模。与传统的圆极化微带贴片天线相比，超表面拓宽了轴比带宽，提高了天线的增益和辐射效率。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于超表面的高增益双频圆极化天线，特点是该天线为由第一介质基板及由下向上分布的第二介质基板和第三介质基板组成的层叠结构，所述第一介质基板为层叠结构的基础层，第一介质基板为T形，第二介质基板和第三介质基板为正方形；其中：

所述第一介质基板的下表面印制有第一金属层，金属层为微带环馈线结构，该结构由微带馈电线、阻抗匹配转换器和枝节转换器连接而成，其枝节转换器为由四节矩形金属臂依次连接而成的矩形环状，阻抗匹配转换器为L形，一端连接枝节转换器、一端连接微带馈电线；

所述第一介质基板的上表面印制有第二金属层，金属接地层上刻蚀有十字槽缝，金属接地层与第一介质基板形状、面积形同，接地金属层上的十字槽缝蚀刻在T形的垂直面上，十字槽缝的几何中心和T形的垂直面的几何中心重合；

所述第二介质基板设于接地金属层的上表面，作用是粘合剂，用来连接附着在第一介质基板上的接地金属层和第三介质基板；