[实用新型]一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线

说明书

本申请提出一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线，涉及介质谐振天线的设计。该发明由基板、矩形介质谐振器、超表面、圆形贴片和同轴探针组成。7×7的“‑”形金属单元阵列构成的基板上表面的超表面用于实现天线的圆极化。矩形介质谐振器上的圆形贴片用于实现天线的双频段工作模式。该发明实现了24.7％(4.23GHz‑5.42GHz)和8.5％(5.60GHz‑6.10GHz)的双频段工作模式，可用于5GNR和WLAN，并且在5.60GHz‑6.10GHz的工作频段内，很好地实现了圆极化工作模式，可用于雷达和电子对抗。

技术领域

本申请涉及介质谐振天线领域，特别是涉及一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线。

背景技术

在微波频段，介质谐振天线的性能优于微带天线。因为介质谐振天线是金属无损的，所以在高频率波段依然可以实现低损耗，并且介质谐振天线可以做出不同的形状来满足不同场景的需要，而且可以用多种方式进行馈电，设计灵活。

由于圆极化天线具有良好的穿透力和较大的辐射范围，圆极化天线越来越受到人们的重视。它在通信、雷达、电子对抗、广播电视、电子侦察等领域有着重要的应用。在2018年提出了一种基于超表面的宽带圆极化辐射天线，有效地提高了天线的带宽，但是该天线只能工作于单频率波段。

近年来，在人工结构材料中，超表面的研究与应用成为一个热点，它可以实现自然界材料所不具备的电磁特性。超表面是薄而密集排列的超材料的二维结构单元阵列，超表面可以对电磁波进行操控。超表面的晶胞的尺寸和排列周期都是亚波长的，因此与产生多个衍射波瓣的衍射光栅效果相反，它具有像均匀偏振片一样的均匀平面，能够反射和透射平面波。随着超表面研究的深入，超表面被用于极化操控，超表面的使用可以显著减小极化转换器件的尺寸和厚度。当天线辐射出的线极化波入射到线圆极化转换表面上时，入射波电场可分解为两个正交的等幅极化分量，通过设计超表面的本构单元结构使得两个分量相位相差为90°，此时可得到圆极化波。采用线圆极化转换超表面的方式避免了复杂馈电网络的设计，有效降低了整个结构的剖面，应用范围更广，且更易于控制。

近年来，通信系统对双频段天线的需求也越来越大，有许多种双频段介质谐振天线被提出。现有的设计双频段介质谐振天线的一种常用方法是利用两个不同的介质谐振器和一个耦合槽组合来实现圆极化，然而该种设计方法必然会增加天线的尺寸。另外一种方法是利用一个介质谐振天线和一个槽形谐振器组合成一个双频天线，该方法将槽形谐振器直接连接到介质谐振天线的馈电网络，使得设计任意两个工作频率变得非常困难。本设计采用超表面和金属贴片的方式实现双频和圆极化的特性，设计灵活简单，易于加工，可有效降低天线的整体剖面。

发明内容

本申请涉及介质谐振天线的设计，圆极化天线的设计，双频段天线的设计以及天线的优化。本申请提出了一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线，该天线不仅可工作于双频率波段，并且在其中一个工作频段实现了非常好的圆极化性能。

本申请的目的在于一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线，可实现介质谐振天线在高频率波段的双频段工作模式，并在其中一个工作频段内实现圆极化辐射模式。

技术方案：

一种超表面圆极化的双频段介质谐振天线，包括：基板、超表面、矩形介质谐振器、圆形贴片和同轴探针；其中，

所述介质基板上表面覆盖有超表面，下表面为金属地，超表面上方放置所述矩形谐振腔，矩形谐振腔上表面覆有一个圆形铜片，整个天线结构通过同轴馈线连接并馈电。

所述基板为单层的厚度为3.2mm的FR4基片，下方覆有一层金属，作为参考地；

所述超表面由7×7的“-”形金属结构单元构成，用于降低天线的轴比值，用于实现天线的圆极化特性；

所述矩形介质谐振器由厚度为8mm的ROGERS TMM 10介质构成；