[发明专利]低剖面双极化超表面天线

说明书

本发明提供一种低剖面双极化超表面天线，由上至下依次包括紧密接触的超表面辐射贴片、上层介质基板、开有缝隙的金属接地板、下层介质基板和微带馈电结构；超表面辐射贴片由16块贴片组成一个正方形A，包括：中心的四块边长为w_m的2×2排布的小正方形贴片B，八块长l_m、宽w_m的矩形贴片C分布在小正方形贴片B四周，四块边长为l_m的大正方形贴片D分布在正方形A的四角，本发明利用特征模理论分析超表面上的不同模式的电流分布，通过优化超表面的单元结构，改变了原始超表面上的模式的电流分布，将两种模式的最强电流的分布位置分离，分别进行激励，使得双极化天线具有高隔离度、低交叉极化等优点，且低交叉极化是在各个方向上实现的。

技术领域

本发明涉及一种天线结构，属于无线信号传输技术应用领域。

背景技术

当今社会通信技术迅猛发展，无线通信成为通信领域的重要组成部分，天线作为无线通信的重要收发设备，具有广阔的应用前景。双极化天线可以形成一对极化方式正交且工作频率相同的电磁波，具有信道容量大、多径干扰影响小，信号接受质量高等优点，在无线通信中得到了广泛的应用。一种端口隔离性强、交叉极化低的双极化天线将更加适应无线通信技术的发展。

低剖面天线以其剖面低、风阻小等特点在现代无线通信技术中受到越来越多的关注。通常天线与地面之间的距离是λ₀/4(λ₀中心工作频率的自由空间波长)，但随着电路系统、电子器件高度集成化、小型化，留给天线的空间有限，这就要求要在保证天线性能的前提下尽量缩小天线尺寸降低天线剖面。

近年来，人们提出了许多双极化天线。现今实现双极化的方式主要有两种：一种是采用交叉放置两组偶极子天线，交叉偶极子天线具有宽带宽、高端口隔离和低交叉极化，结构简单，增益高等优点，成为双极化天线的首选。然而，交叉偶极子天线通常具有较高的剖面。另一种一种是采用缝隙天线和微带天线作为辐射体。缝隙天线是实现低剖面双极化天线的一个很好的候选方案，然而，传统的双极化缝隙天线和微带天线的阻抗带宽很窄，无法满足宽带应用的要求。而且，它们的交叉极化也相对较高。

为了提高双极化微带天线的性能，人们提出了各种方法，例如使用双层结构，引入铜柱、方形环形腔、或金属地壁等。然而，其中一些方法增加了微带天线的面积和剖面。为了克服微带天线的不足，提高微带天线的性能，提出了超表面天线。

超材料通常是将具有特定几何形状的亚波长基本单元周期性或者非周期性地排列所构成的新型人工电磁材料，具有自然界中材料所不具备的性质。超表面是其二维表现形式，通过设计他的物理结构使其具有天然材料所不具有的一些的超常电磁性能，对电磁波具有很强的调控能力。将超表面应用在天线设计中，可以提高传统天线在工作带宽，方向性，辐射效率，增益等多个方面的性能，这种将超表面结构与传统天线相结合所设计的新型天线可以称为超表面天线。

发明内容

本发明针对上述背景技术中所存在的缺点，提出了一种低剖面双极化超表面天线，采用了微带缝隙耦合馈电结构。采用Y形微带线，引入新的谐振点，用于提高天线的带宽。利用特征模理论来分析超表面上的模式分布，通过优化超表面的单元结构，使得双极化天线具有高隔离度、低交叉极化等优点。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种低剖面双极化超表面天线，由上至下依次包括紧密接触的超表面辐射贴片1、上层介质基板2、开有缝隙的金属接地板3、下层介质基板4和微带馈电结构5；

所述超表面辐射贴片1由16块贴片组成一个正方形A，包括：中心的四块边长为w_m的2×2排布的小正方形贴片B，八块长l_m、宽w_m的矩形贴片C分布在小正方形贴片B四周，四块边长为l_m的大正方形贴片D分布在正方形A的四角，其中l_m＞w_m；相邻贴片之间的间隙宽度为g。