[发明专利]一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线

说明书

本发明公开了一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线，涉及通信系统综合设计中的天线技术领域，解决了目前无线通信系统圆极化天线带宽窄、剖面高的技术难题。本发明包括第一基板和第二基板；超表面设置于第一基板上表面，4×4的方形贴片对称布置，且贴片中心刻蚀有Z字形缝隙；接地板设置于第二基板上表面，中心刻蚀倾斜的不等长十字形缝隙；微带馈线设置于第二基板下表面，为阶梯形结构。采用缝隙耦合方式激励超表面，缝隙天线的谐振模式与超表面的谐振模式组合在一起实现宽带圆极化辐射。本发明可以工作在C‑band(3.7‑4.2GHz)频段，结构简单，成本低，易于加工，满足无线通信系统天线低剖面和宽频带的要求，具有较高的工程实用价值。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线。

背景技术

随着社会信息化进程不断加速，无线通信的优越性日益彰显。天线作为电磁波收发装置，其性能好坏直接影响无线通信的质量和效率。圆极化天线因其具有较强的抗多径干扰和抗衰落能力得到了广泛应用，例如手持便携式设备、无线传感器和全球导航卫星系统等。传统的圆极化微带天线结构简单，轴比带宽较窄，无法满足高传输速率和高信道容量的需求。超表面作为一种二维超材料，应用于微带天线设计中能够改善天线的带宽、增益等性能。

近年来，基于超表面的圆极化天线引起广泛关注。国内外学者提出了多种基于超表面的圆极化天线设计方案，如采用超表面的多个谐振模式或者组合超表面与馈电结构的谐振模式实现宽带圆极化，但它们的共同缺点是天线的性能较差，具体表现为天线的剖面高、圆极化轴比带宽窄。

如何设计出一种具有低剖面和宽带性能的圆极化天线是一个有待于解决的技术难题。因此，研究基于超表面的低剖面宽带圆极化天线是解决无线通信系统圆极化天线带宽窄、剖面高技术难题的有效途径。

发明内容

针对无线通信系统圆极化天线带宽窄、剖面高的技术问题，本发明提供了一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线，包括第一基板和第二基板；超表面设置于第一基板上表面，所述超表面为4×4排布的方形贴片，贴片中心刻蚀Z字形缝隙，所述Z字形缝隙包括一个竖直缝隙和两个水平缝隙；接地板设置于第二基板上表面，所述接地板中心刻蚀倾斜的不等长十字形缝隙，所述十字形缝隙的长缝隙沿-45°方向，短缝隙沿45°方向；微带馈线设置于第二基板下表面，所述微带馈线为阶梯形结构，包括第一微带线和第二微带线。

进一步，所述第一基板和第二基板均为矩形介质基板。

进一步，所述第一基板和第二基板采用介电常数为4.4的FR4环氧树脂材料，厚度分别为3.2mm和0.8mm。

进一步，所述第一基板和第二基板的尺寸为55mm×55mm。

进一步，所述超表面方形贴片的边长为11mm，贴片间距为0.8mm；所述Z字形缝隙中竖直缝隙的尺寸为2.6mm×0.6mm，两个水平缝隙的尺寸均为1.3mm×0.6mm。

进一步，所述接地板的尺寸为55mm×55mm；接地板中心刻蚀倾斜的不等长十字形缝隙，所述十字形缝隙中长缝隙的尺寸为24.4mm×1.4mm，短缝隙的尺寸为14.4mm×1.4mm。

进一步，所述微带馈线为阶梯形馈线结构；第一微带线的尺寸为16mm×1mm，第二微带线的尺寸为16mm×1.5mm。