[发明专利]一种开口矩形环加载的微带缝隙耦合超表面天线

说明书

本发明涉及超表面天线技术领域，具体地说，涉及一种开口矩形环加载的微带缝隙耦合超表面天线，包括超表面结构层和馈电接地层，所述超表面结构层包括超表面介质基板以及设置在超表面介质基板表面上的开口矩形环和贴片层单元，所述馈电接地层包括馈电介质基板、接地金属板和金属馈电微带线。该天线满足低剖面，宽频带，宽波束宽度，低剖面的特性，可以应用于移动通信系统，雷达导航，卫星通信等诸多领域。

技术领域

本发明涉及超表面天线技术领域，具体地说，涉及一种开口矩形环加载的微带缝隙耦合超表面天线。

背景技术

在无线通信系统中，圆极化天线不受发射机和接收机方向的影响，并且对云雨干扰、剧烈震动、影响重叠等外来因素具有较强的抗干扰能力，因此常被应用在雷达、手持便携式设备、射频识别(Radio frequency identification，RFID)、无线卫星通信和传感器系统中。虽然传统的单馈圆极化微带天线结构简单易于制造，但这种天线的缺点是带宽窄，大大限制了它们的应用。为此研究人员提出了许多方法，如采用厚介质板、多层贴片结构或采用双馈电或多馈电网络。这些方法能有效的拓宽圆极化天线的有效带宽，但同时也增加了天线的几何尺寸。

近年来发展迅猛的超表面为实现低剖面、宽带宽的圆极化天线提供了一种新的途径。超表面是一种由亚波长周期性单元排列成的平面结构。由于其亚波长和相位调制的特性，超表面能够在很小的尺度范围内实现电磁波极化调制和传播控制，通过加载超表面作为覆层或衬底，人们提出了不同种类的性能优越的超表面天线，如低轮廓、宽带、高增益、圆极化(CP)辐射等。超表面在改进天线性能方面具有广泛的应用。

文献[1]中提出一种4×4阵列的双频圆极化天线，单元由一个正方形环路和两个直角三角形贴片组成。天线的整体尺寸仅为0.58λ0×0.58λ0×0.025λ0，而每个波段的轴比带宽分别为3.2％和4.2％，虽然天线尺寸很小，但轴比带宽比较窄，限制了应用。在文献[2]中，通过在双频双线极化贴片天线上方放置一个对角线开缝的方形贴片阵列，实现了电磁波线极化辐射到圆极化辐射的转换。分别在6.24-6.58GHz(15.2％)和5.02-5.38GHz(12.9％)两个频段内实现右旋圆极化和左旋圆极化，天线增益高于7.7dBi。但双层馈电的结构设计复杂，且剖面过高，不利于与器件共形。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种开口矩形环加载的微带缝隙耦合超表面天线。包括超表面结构层和馈电接地层，所述超表面结构层包括超表面介质基板以及设置在超表面介质基板表面上的开口矩形环和贴片层单元，所述贴片层单元的外围设置有开口矩形环，开口矩形环的开口位于开口矩形环任意边的中心位置；所述贴片层单元为阵列分布的若干方形贴片，所述方形贴片的一个角切去，与之相对应的对角切成一个锯齿形，且沿剩余另外两个角的对角线开有窄缝；

所述馈电接地层包括馈电介质基板、接地金属板和金属馈电微带线，所述馈电介质基板上方设置有中心开有矩形缝隙的接地金属板，馈电介质基板的下表面设置有金属馈电微带线，所述金属馈电微带线起始端和馈电介质基板的边缘对齐，金属馈电微带线的末端与矩形缝隙在馈电介质基板的下表面上的投影呈垂直设置，且末端沿垂直于所述投影的方向向外设有延伸段，所述延伸段穿过该投影。

作为优选，所述超表面结构层和馈电接地层之间紧密贴合，超表面结构层的厚度为1.52mm，馈电接地层的厚度为0.508mm。

作为优选，所述超表面介质基板和馈电介质基板为正方形结构，其型号为RogersRO4003，介电常数ε_r＝3.55，损耗角正切δ＝0.0027，L＝30mm±1mm。

作为优选，所述开口矩形环的长度为l₃＝26±0.3mm，开口矩形环的环宽度为w₃＝1±0.1mm，开口的长度为g₂＝1.5±0.1mm。