[发明专利]一种基于双层超表面的低剖面多波束缝隙天线

说明书

本发明涉及多波束天线，具体是一种基于双层超表面的低剖面多波束缝隙天线。本发明为实现多波束天线的小型化低剖面提供了新的途径。一种基于双层超表面的低剖面多波束缝隙天线，包括两层介质基板、两层超表面结构，方形接地板、微带线；其中，上层介质基板上印刷的是两层交叉放置的棋盘状超表面结构；下层介质基板的上下表面分别为接地板和微带线；两层介质基板中间是空气间隙；上层超表面的单元为位于45°对角线的双十字交叉结构；下层超表面单元是位于‑45°对角线的双复合的正方形环状结构；方形接地板上中心对称地蚀刻了四个长方形环缝隙，其中45°对角线上的两个环形缝隙水平放置，另外两个垂直放置，本发明适用于现代无线通信。

技术领域

本发明用于无线通信领域，涉及多波束天线，具体是一种基于双层超表面的低剖面多波束缝隙天线。

背景技术

简单的定向辐射天线由于功能单一，难以适应复杂的工作环境，不能满足现代通讯系统的多样性要求，因此设计出高增益的多波束天线具有十分重要的意义。多波束天线的应用前景广阔，可以广泛应用于移动通信网络，多目标雷达系统和卫星通信等。

一般来说，多波束天线可以分为两种：第一种是通过波束成形网络(BFN)与阵列辐射元件实现多波束，BFN通常由功分器、定向耦合器和移相器组成，可以产生幅度与相位可调的输出信号，从而使阵列辐射元件产生不同指向的多个波束，(Han. Ren, et al., “ANovel Design of 4×4 Butler Matrix With Relatively Flexible PhaseDifferences,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters., 15, 1277 -1280, 2015)。然而此类多波束天线通常配置复杂的BFN，导致天线的体积庞大。第二种是基于准光学的透镜形式多波束天线，利用透镜的聚焦和反射特性实现对电磁波的调控(Min.Liang et al., “A 3-D Luneburg Lens Antenna Fabricated by Polymer JettingRapid Prototyping,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation., 62(4),1799 - 1807, 2014)，此类多波束天线要求多个馈源和反射面保持一定的距离，这不仅给架设带来了麻烦，而且成本高、剖面大。

鉴于目前在多波束天线方面存在的结构复杂，面积大，剖面高的问题，本发明提出了一种基于双层超表面的小型化低剖面多波束天线。

发明内容

本发明为解决目前多波束天线存在的体积大剖面高的问题，提出了一种采用双层超表面的无波束成形网络的小型化多波束天线。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于双层超表面的低剖面多波束缝隙天线，包括包括上层金属超表面、上层介质基板、下层超表面、方形接地板、下层介质基板、微带馈线；

其中，上层介质基板上下表面印刷的是两层交叉放置的棋盘状超表面；下层介质基板的上下表面分别为接地板和微带馈线；两层介质基板中间是空气间隙；

上层超表面贴装于上层介质基板的上表面，由M×M个金属贴片单元构成，排列周期为p，单元结构为分布在xy平面45°对角线上的双十字交叉结构；

下层超表面贴装于上层介质基板下表面，由M×M个金属贴片单元构成，排列周期为p，单元结构为分布在xy平面-45°对角线上的双复合正方形环状结构；

方形接地板上中心对称地蚀刻了四个长方形环缝隙；长方形环的长边宽度与宽边宽度不同；

四条微带馈线与接地板之间分别设置有四个馈电端口。