[发明专利]一种基于电磁超材料的双极化1比特天线及数字比特阵列

说明书

本发明的一种基于电磁超材料的双极化1比特天线，其特征在于，包括：金属地板；十字交叉介质基板；具有电磁超谐振器的十字交叉环形金属结构；十字交叉介质基板固定在金属地板的表面，用于支撑天线与电磁超谐振器；十字交叉介质基板具有2块薄层低耗介质基板，2块薄层低耗介质基板垂直相交；2块薄层低耗介质基板垂直相交重合的部分为交叉柱；其中，所述交叉柱垂直于金属地板的表面；本发明的有益效果体现在提出了一种新颖的电磁超材料双极化1比特辐射结构，具有小型化、高辐射效率、隔离度好以及结构紧凑等优点。基于电磁超材料的双极化数字比特阵列，具有小型化、低成本、双极化多波束切换和设计自由度高等优点，能够满足双极化5G多波束基站的应用需求。

技术领域

本发明属于属于射频天线技术领域，涉及多波束天线技术领域，具体涉及一种基于电磁超材料的双极化1比特天线及数字比特阵列。

背景技术

以5G无线通信和智慧物联网技术为代表的新一代无线通信体系，正在深刻变革着人们的日常生活和各项生产活动。相较于传统的2G/3G/4G无线通信系统，5G通信系统采用了新的高频段、大规模MIMO架构以及多波束扫描技术，因此5G通信系统实现了高传输速率、低时延以及高稳定的通信链路。然而传统的2G/3G/4G通信系统一般采用固定波束的全向天线或双极化天线，因此难以满足5G系统对多波束辐射和动态扫描波束对准的性能要求。由于多波束天线具有多个可切换的辐射波束或模式，既能有选择的对准不同的发射或来波方向，也能够进行空间扫描覆盖，能够增强信道的抗干扰能力，同时有效地改善多径效应，因此多波束天线技术被引入到5G基站应用中。数字比特阵列，作为一类新型的多波束天线，不仅具有多个不同的辐射波束，同时具有低成本特性。相比于传统的相控阵，数字比特阵列不需要价格高昂的T/R组件，因此具有显著的低成本特性。同时不同于传统相控阵的多波束连续扫描，数字比特阵列既能够实现了多个互补的方向图的切换，即空间的补盲覆盖，也可以进行一定的空间多波束扫描。

目前，数字比特阵列按照现有文献，大致可分为三类：线极化数字1比特阵列、平面二维数字比特阵列、圆极化可重构数字2比特阵列，以及漏波形式数字比特阵列。线极化1比特阵列，采用电调的1比特天线单元实现多个互补波束的切换，存在极化模式单一，面对复杂的电磁信道环境易出现极化失配的问题。平面二维数字比特阵列，采用可重构的1比特贴片天线作为阵元进行二维布阵，为了实现二维平面的波束变化，需要布设大量的开关偏置电路，因此存在结构复杂的问题，同时由于阵元仍然为线极化1比特贴片天线，因此也同样存在极化模式单一的缺点。圆极化可重构数字2比特阵列，采用了2比特(相位切换步进为90°)的可重构贴片天线，在实现多波束切换的同时可以进行双圆极化(左旋圆极化和右旋圆极化)的可重构。为了实现多波束切换和圆极化可重构，需要搭建2比特相位切换器和90°移相器，因此不仅需要大量的射频开关，还需要多路的电压控制，因此存在成本高和结构复杂的问题。漏波形式数字比特阵列，采用了2比特移相器在定频状态下进行波束的相扫，但是漏波天线通常存在波束控制能力较弱和整体阵列尺寸大的缺点。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种基于电磁超材料的双极化1比特天线及数字比特阵列。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种基于电磁超材料的双极化1比特天线，其特征在于，包括：

金属地板；

十字交叉介质基板；

具有电磁超谐振器的十字交叉环形金属结构；

其中，所述十字交叉介质基板固定在金属地板的表面，用于支撑天线与电磁超谐振器；

其中，十字交叉介质基板具有2块薄层低耗介质基板，2块薄层低耗介质基板垂直相交；

其中，2块薄层低耗介质基板垂直相交重合的部分为交叉柱；

其中，所述交叉柱垂直于金属地板的表面；