[发明专利]基于反射超表面和部分反射表面的电调下倾基站天线

权利要求书

1.一种基于反射超表面和部分反射表面的电调下倾基站天线，包括双极化天线阵列(1)，矩形介质基板(2)和金属底板(3)，双极化天线阵列(1)固定在矩形介质基板(2)上，金属底板(3)的尺寸与矩形介质基板(2)相同，且紧贴在矩形介质基板(2)的下表面，其特征在于：

双极化天线阵列(1)的两侧设有单极化反射超表面阵列(4)，矩形介质基板(2)的上方固定有反射覆层(5)，该反射覆层(5)与单极化反射超表面阵列(4)构成FP谐振腔，以对双极化天线阵列(1)的前向辐射波束进行反射，使前向辐射波束受单极化反射超表面阵列(4)的调控，实现波束偏转；

单极化反射超表面阵列(4)的每个单元包括周期性排列的谐振环(41)、变容二极管(42)和金属过孔(43)，该谐振环(41)中心引出与谐振环内侧边缘相连接的微带枝节(44)，该变容二极管(42)嵌在微带枝节(44)的中间，金属过孔(43)位于谐振环(41)与金属底板(3)之间，用于对这两者进行连接。

2.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：

所述双极化天线阵列(1)垂直于反射覆层(5)和反射超表面阵列(4)，其位置介于两者之间，且双极化天线阵列(1)等效的相位中心在反射超表面阵列(4)的中心轴线上，作为馈源；

所述双极化天线阵列(1)的每一个单元包括垂直交叉的T型介质板(11)，T型微带(12)和可调集成巴伦(13)，且T型微带(12)与T型介质板(11)的背面紧贴，可调集成巴伦(13)与T型介质板(11)的正面紧贴。

3.根据权利要求书2所述的基站天线，其特征在于：T型介质板(11)采用介电常数为4.4，损耗正切为0.02的FR4材质。

4.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：所述反射覆层(5)与金属底板(3)的高度差H由反射覆层(5)的反射相位决定，其计算公式为：

其中，c为自由空间电磁波传播速度，为反射覆层(5)的反射相位，为金属底板(3)的反射相位，默认为180°，f为中心工作频率。

5.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：谐振环(41)采用矩形金属环结构，调节变容二极管(42)的值cx可以改变其反射相位φ，其计算公式为：

φ＝k₀·Δl＝k₀(r_f+Δd_i)+2nπ

其中，k₀为自由空间波数，Δl为电磁波传播路径差，r_f为双极化天线阵列(1)相位中心到谐振环(41)相位中心的距离，Δd_i为谐振环(41)反射电磁波传播路径差；其计算公式为：

其中，和为双极化天线阵列(1)相位中心的坐标，x_i、y_i和z_i为第i个谐振环(41)的相位中心分别在x、y和z方向上与坐标原点的距离，θ₀为波束偏转角度，为方位角。

6.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于,矩形介质基板(2)采用介电常数为2.65，损耗正切为0.005的F4B材质，其长为330mm,宽为110mm，厚度为2mm。

7.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于，反射覆层(5)的尺寸与矩形介质基板(2)相同，且采用介电常数为10.2,损耗正切为0.0023，反射系数为0.53，反射相位为227.53°的Rogers6010材质。

8.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：

谐振环(41)与双极化天线阵列(1)均沿x轴方向排列，相邻谐振环(41)与相邻双极化天线阵列(1)的单元沿x轴的间距均为d，45mm＜d≤55mm；

沿y轴方向排列的两个变容二极管(42)的电容值相同。

9.根据权利要求书1或5所述的基站天线，其特征在于：双极化天线阵列(1)的天顶波束偏转角度由单极化反射超表面阵列(4)的补偿相位决定，而单极化反射超表面阵列(4)的补偿相位是谐振环(41)反射相位φ的叠加。