[发明专利]一种应用于5G毫米波通信的贴片驱动超表面天线

说明书

本发明公开了一种应用于5G毫米波通信的贴片驱动超表面天线，包括：第一介质层；矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片设置在所述第一介质层的上表面；环型超表面结构，所述环型超表面结构设置在所述第一介质层的下表面，所述环型超表面结构与矩形辐射贴片无电气连接；第二介质层，所述第二介质层设置在所述第一介质层和所述环型超表面结构的下方；带槽的金属地板，所述带槽的金属地板设置在所述第二介质层的下表面；矩形凹槽，所述矩形凹槽贯穿设置在所述带槽的金属地板中；第三介质层，所述第三介质层设置在所述带槽的金属地板的下方；以及终端开路微带馈线，所述终端开路微带线、所述环型超表面结构、所述矩形凹槽和所述矩形辐射贴片的中心处于同一垂直位置。

技术领域

本发明涉及半导体封装及无线通信技术领域，尤其涉及一种应用于5G毫米波通信的超表面天线及其阵列。

背景技术

5G无线通信系统中，微带贴片天线得到广泛应用。微带贴片天线具有结构简单、制造方便、成本低、剖面低等优点，是5G毫米波封装天线(Antenna-in-package，AiP)应用的良好选择。

近年来，电磁超表面(Electromagnetic Metasurface)对电磁波的调控研究与应用得到了快速的发展。电磁超表面是一种二维电磁超材料，在超薄尺寸上制造周期性或非周期性排列的亚波长金属结构以此形成电磁超表面。与三维电磁超材料相比，电磁超表面大大降低了复杂制作工艺的要求，具有损耗低、重量轻、集成度高等优点，可以有效调控电磁波的相位、幅度、极化与辐射等特性，在天线工程应用中显示出巨大的潜力。

随着移动通信技术快速发展，5G无线通信系统对天线性能要求越来越高。为了满足5G毫米波无线通信系统的小型化和高数据速率的需求，众多研究者在天线设计与研发上投入了大量的精力。但现阶段，贴片天线的发展仍面临着许多需要迫切需要解决的问题。一方面，传统设计的贴片天线在小型化方面面临许多难题，尤其是纵向的小型化，贴片天线的剖面降低导致带宽等性能随之降低；另一方面，贴片天线在有限的剖面高度下提高带宽也面临许多困难。

目前，提高贴片天线带宽的技术主要包括叠层贴片，空气腔，U型、L型和E型贴片以及贴片负载超材料等天线技术。但是，叠层贴片技术贴片天线需要增加额外的剖面高度来实现带宽的叠层结构；空气腔贴片天线面临着天线结构复杂，在毫米波高密度集成系统中工艺难度高等问题；利用L型、U型、E型等结构实现宽频带，但这一类不对称的贴片结构会引起高交叉极化的问题；现代天线工程中利用负载超材料的贴片天线也能一定程度上增加带宽，但多数设计性能提升有限且增加天线单元的面积，不利于天线阵列布局设计。。

针对现有的5G毫米波无线通信所需的贴片天线小型化导致带宽等性能降低，贴片天线带宽提高方案结构复杂等问题，本发明提出一种应用于5G毫米波通信的贴片驱动超表面天线，在现有的贴片天线的基础上引入了环型超表面结构，至少部分的克服了上述问题。

发明内容

针对现有的5G毫米波无线通信所需的贴片天线小型化导致带宽等性能降低，贴片天线带宽提高方案结构复杂等问题，根据本发明的一个实施例，提供一种应用于5G毫米波通信的贴片驱动超表面天线，包括：

第一介质层；

矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片设置在所述第一介质层的上表面；

环型超表面结构，所述环型超表面结构设置在所述第一介质层的下表面，所述环型超表面结构与矩形辐射贴片无电气连接；

第二介质层，所述第二介质层设置在所述第一介质层和所述环型超表面结构的下方；

带槽的金属地板，所述带槽的金属地板设置在所述第二介质层的下表面；

矩形凹槽，所述矩形凹槽贯穿设置在所述带槽的金属地板中；

第三介质层，所述第三介质层设置在所述带槽的金属地板的下方；以及