[发明专利]一种基于极化相关超表面结构的宽带低剖面天线

说明书

本发明公开了一种基于极化相关超表面结构的宽带低剖面天线。所述天线包括采用双层叠放方式放置的上层介质基板和下层介质基板；上层介质基板上表面印制有极化相关超表面结构，下表面印制有开有耦合缝隙的金属地板；下层介质基板上表面与金属地板贴合，下表面印制有馈电网络；能量由馈电网络输入，经金属地板上的耦合缝隙耦合到具有多谐振特性的极化相关超表面结构将能量定向地向上辐射，实现基于极化相关超表面结构的宽带低剖面天线。和经典的微带贴片天线相比，本发明能在实现低剖面的同时达到较宽的带宽和较高的增益。与周期超表面天线相比，本发明在保证了一定周期性的同时，提高设计自由度。本发明天线结构简单，加工容易，可以大规模生产。

技术领域

本发明涉及超表面天线领域，具体涉及一种基于极化相关超表面结构的宽带低剖面天线。

背景技术

随着现代无线通信系统的发展，宽带天线的需求日益增加。微带贴片天线由于其剖面低、重量轻、成本低，易于与印刷电路兼容等优点而受到广泛关注。但是，传统的微带贴片天线阻抗带宽较窄，虽然目前有许多技术可以克服这一缺点，比如利用电容探针馈电(H.W.Lai,K.M.Luk,“Design and study of wide-band patch antenna fed bymeandering probe”,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.54,pp.564-571,2006.)，L探针馈电(K.-F.Lee,K.-F.Tong,“Microstrip patch antennas-basic characteristics andsome recent advances”,Proc.IEEE,vol.100,no.7,pp.2169-2180,Jul.2012.)，孔径耦合，U/E开槽贴片(M.Khan,D.Chatterjee,“Characteristic mode analysis of a classof empirical design techniques for probe-fed U-slot microstrip patchantennas”,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.64,no.7,pp.2758-2770,Jul.2016.)和堆叠贴片(E.Nishiyama and M.Aikawa,“Wide-band and high-gain microstrip antennawith thick parasitic patch substrate,”Proc.IEEE Antennas Propag.Soc.Int.Symp.(APSURSI),vol.1.Jun.2004,pp.273–276.)等，但通常需要介电常数较低的厚介质基板，难以实现低剖面。

近年来倍受关注的超表面天线，采用周期性的贴片单元，可以在实现低剖面的同时达到较宽的带宽和较好的辐射性能。W.Liu等人提出了口径耦合的超表面天线(W.Liu,Z.N.Chen,X.Qing,“Metamaterial-based low-profile broadband aperture-coupledgrid-slotted patch antenna”,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.63,no.7,pp.3325-3329,Jul.2015.W.Liu,Z.N.Chen,X.Qing,“Metamaterial-based low-profile broadbandmushroom antenna”,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.62,no.3,pp.1165-1172,Mar.2014.)，在剖面仅为0.06λ₀时，阻抗带宽达到28％。这一性能和传统的微带贴片天线相比，虽然剖面大大降低，但带宽优势并不明显。目前的超表面天线基本采用结构完全对称的单元形式进行周期性排列，例如方形、方环、圆形等结构，不仅实现的带宽比较有限(35％)，设计自由度也比较局限。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于极化相关超表面结构的宽带低剖面天线，通过合理优化极化相关超表面单元的结构排布，实现具有多谐振特性的超表面辐射结构。本发明能在较低的剖面下实现宽带、平稳高增益的超表面天线。