[发明专利]基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线

说明书

本发明属于微波天线技术领域，公开了一种基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线；包括：一个辐射器、两个垂直放置的差分馈电巴伦和一个金属反射板；辐射器位于地板上方，两个巴伦的上端与辐射器连接、巴伦的下端穿过金属地板和馈电的同轴线相连接。辐射器由四个偶极子、两对馈电线和四个寄生金属环构成。两对馈电线包括一对共面带线和一对基于奇模的人工表面等离激元传输线。对设计的天线进行了全波电磁仿真和加工测试，验证该天线在设计的频段内能够实现宽带高隔离度的双圆极化辐射。本发明具有隔离度高，轴比带宽宽，口径效率高和易加工等特点，有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，尤其涉及一种基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线。

背景技术

目前，最接近的现有技术：一类是使用一条弯折的微带线，在地板刻蚀两个相互正交的槽，两个槽之间的微带线距离为四分之一个波导波长，以此保证缝隙之间的馈电相位相差90度。由于这种结构几何上的对称性，天线能够在两个端口分别馈电时形成双圆极化。但是由于每个缝隙上的馈电幅度不均匀，导致大约40％左右的低的天线口径效率。另外还有将辐射缝隙替换为辐射贴片结构的双圆极化天线，天线的结构有所简化，增益有所提高，但口径效率仍然不高。第二类是采用共用的串联馈电贴片阵列结构，在共口径下实现双圆极化，但这种天线由于各个单元之间存在强的电连接，导致仅有12dB左右的端口隔离度。第三类是一类在几何结构上对称的单极子和缝隙天线，这类天线能实现高的端口隔离度，但是由于没有反射地板，导致天线的辐射方向图是双向的，不能实现定向的方向图，限制了这类天线的应用。第四类是对双线极化天线集成3-dB电桥设计，分别将双极化的两个线极化端口与3-dB电桥的两个输出端口相连接，从而形成双圆极化辐射，这类天线有良好的性能，但是需要额外的馈电网络，增加了设计的复杂度。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的双圆极化天线口径效率低、隔离度低、结构复杂。

解决上述技术问题的难度：实现共口径的双圆极化辐射的难点在于在有限的尺寸范围内同时达到高口径效率，高隔离度，宽带等特点。

解决上述技术问题的意义：人工表面等离激元传输线在本发明中的作用是引入圆极化形成所需的90度相差，并且不增加额外的延时结构，因此用来展宽隔离度带宽的寄生环可以加载，最终实现宽带、高隔离度、高口径效率的共口径双圆极化天线。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线。

本发明是这样实现的，一种基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线，所述基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线包括：一个辐射器、两个集成的差分馈电巴伦和一个金属反射板，结构中对应的参数分别是Wg＝161mm,H＝40mm,s_w＝85mm,d_l＝71.8mm,p_w＝2mm,p_l＝21mm,p_gap＝2.6mm,cps_gap＝1.3mm,cps_gap＝2.6mm,f_w1＝1.4mm,f_w2＝1.88mm,f_w3＝0.3mm,f_l1＝16mm,f_l2＝25.8mm,f_l3＝16mm.其中，包含了人工表面等离激元传输线的辐射器，能实现共口径的双圆极化辐射。加载在辐射体上的四个寄生环，能实现宽带的双圆极化的端口隔离度。两个正交放置的差分馈电巴伦，能激励辐射体，同时由于差分信号的使用，宽带内的稳定方向图得以实现。

辐射器放置在金属反射板上方；辐射器由一对共面带线、一对基于单层人工表面等离激元的传输线、四个偶极子和四个寄生环构成；

两个相互正交放置的差分馈电巴伦在辐射器和金属反射板之间，差分馈电巴伦的上端和辐射器相连接，下端穿过金属反射板，和馈电的同轴线相连接。

进一步，所述辐射器印刷在单面覆铜介质板上，垂直差分馈电巴伦印刷在双面覆铜介质板上。

进一步，在一对共面带线和一对基于单层人工表面等离激元的传输线之间，由于人工表面等离激元的延时效应，相位差能够实现。