[發(fā)明專利]一種一體化高增益帶罩天線耦合系統及其設計方法

有效

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• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107317102B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 顧昊;樊康;顧翰鳴;周瀛凱;眭韻;李國平;玄曉波
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/42;H01Q15/00;H01Q19/185
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 潘朱慧

一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，包含：天線本體，為帶有寄生貼片的微帶天線，由外形尺寸完全相同的寄生貼片層、第一基板、輻射貼片層、第二基板和金屬底板依次疊加而成；天線罩，天線罩呈帽狀，外形尺寸與所述天線本體相同，并固定在所述天線本體上。本發(fā)明合理設計天線罩厚度、超材料層結構、微帶天線的尺寸、金屬超材料與微帶天線間距，使得天線罩與天線之間構成諧振腔，從而提高天線的增益。

技術領域

本發(fā)明涉及天線技術領域，具體涉及一種一體化高增益帶罩天線耦合系統及其設計方法。

背景技術

傳統的高增益天線主要有反射面天線（包括卡塞哥倫天線、拋物面天線、反射陣列等）、介質透鏡天線、波導喇叭天線，這些天線雖然可以達到較高的增益，但是體積龐大，非平面化，不利于安裝與機動；而且這類天線結構復雜，極大的增加加工、維護難度與成本；陣列形式的高增益天線如微帶天線陣列，雖然沒有體積大、結構復雜等缺點，但是由于其需要復雜的功分饋電網絡，增加了能量損耗，大大降低天線的工作效率。近些年，基于超材料的諧振腔天線為高增益天線的設計提供了一個新的思路。

超材料是2000年出現的一種人造媒質，通過金屬微結構單元的微電路設計，在不改變原基板材料成分、力學等本征性能的同時，可以實現特殊的電磁特性。基于超材料的諧振腔天線，是將超材料與天線罩相結合，與天線一體化設計，通過合理設計超材料結構形式，可以控制天線罩的反射強度與反射相位，從而與天線地板形成諧振腔，提高天線前向增益，銳化天線波束寬度。

專利CN103296410A中，涉及高增益超材料天線罩和天線系統，工作在L波段S波段，采用口字型結構超材料單元附著在樹脂類介質板上，并進行多層疊加。通過每一層微結構形狀、尺寸來改變材料相對介電常數、折射率和阻抗，提高天線增益。專利CN102709692A和專利CN103296400A，同樣工作原理，設計了不同形式的超材料單元，分別為同心圓環(huán)和雪花狀拓撲結構。以上發(fā)明側重超材料結構的設計，未涉及具體天線形式。

專利CN104916918A中，涉及加載超材料層提高天線增益。該發(fā)明包括超材料平板和標準喇叭天線，超材料平板通過四個螺絲釘固定在喇叭天線口面。所述超材料由四種超材料單元組成，通過對單元結構尺寸改變對喇叭口面電磁分布，該結構使得喇叭天線增益大大提高。該發(fā)明采用的是標準天線且超材料平板并不算天線罩，未涉及天線罩、天線一體化設計。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，通過對天線的機械尺寸設計和超材料結構單元的設計，使得天線罩罩體、超材料層和天線本體之間滿足諧振條件，提高天線增益。

一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，包含：

天線本體，為帶有寄生貼片的微帶天線，由外形尺寸完全相同的寄生貼片層、第一基板、輻射貼片層、第二基板和金屬底板依次疊加而成；

天線罩，天線罩呈帽狀，外形尺寸與所述天線本體相同，并固定在所述天線本體上。

上述的一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，其中，所述天線罩包含：

罩體，呈帽狀，材料為石英陶瓷、氮化物或纖維增強型復合材料的一種或多種的組合；

超材料層，貼敷于罩體內表面，材料為銀或銅的一種或兩種的結合。

上述的一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，其中，所述超材料層由超材料結構單元周期性排列構成。

上述的一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，其中，所述超材料結構單元為S貼片型、方形縫隙型、方形貼片型、圓形貼片型或縫隙型的一種或多種的組合。

上述的一種一體化高增益帶罩天線耦合系統，其中，所述寄生貼片層和輻射貼片層的貼片為矩形或梯形或兩者的結合。

一種設計一體化高增益帶罩天線耦合系統的方法，步驟如下：