[發明專利]一種基于超材料的小型化高增益圓極化天線

在審

• 申請號: 201811310556.5
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109546303A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 董元旦;王嶄;潘永生;楊濤
• 申請（專利權）人: 成都頻岢微電子有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 成都拓荒者知識產權代理有限公司 51254
• 代理人: 李靜

本發明公開了一種基于超材料的小型化高增益圓極化天線,包括饋電連接口、金屬地板、設置在金屬地板上的饋電同軸線、以及連接在饋電同軸線上的蝶形偶極子結構；所述蝶形偶極子結構包括相對饋電同軸線對稱設置的偶極子臂對，且每個偶極子臂垂直連接有薄板，薄板連接到金屬地板，多個薄板與金屬地板之間構成開口諧振腔結構。采用本發明能夠在實現小型化的同時，帶來高增益，利于在小尺寸高增益的場景應用。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體而言，涉及一種基于超材料的小型化高增益圓極化天線。

背景技術

天線作為無線通信系統和雷達系統等系統中缺一不可的重要組件，天線的性能決定了整個無線系統的性能和質量。隨著以5G、物聯網為代表的無線通信技術的全面推進，迫切需要開發合適其應用場景的高品質天線組件。圓極化天線作為天線的一個重要分支，廣泛用于移動通信、毫米波通信、衛星通信和電子對抗等方面。

目前常用的圓極化天線，按照天線結構大致可分為正交偶極子對圓極化天線、微帶圓極化天線、螺旋天線、圓極化喇叭天線、圓極化表面圓極化天線等。正交偶極子對圓極化天線，將兩個偶極子天線正交放置，構成兩個正交的電場分量，再利用饋電網絡(分別實現偶極子的0°和90°饋電)或者利用自相移的思路(調整偶極子的輸入阻抗，產生±45°相移)，產生90度的相差，從而實現圓極化天線設計。微帶圓極化天線，實現圓極化的方式有單饋法、雙饋法和多饋法；單饋法，對貼片開槽、倒角以及添加枝節等，產生微擾使得正交的簡并模分離，再利用饋電實現自相移的±45°，從而實現圓極化；雙饋法，利用功分-延遲線饋電網絡或者3dB-90°電橋，對微帶貼片正交方向進行0°和90°饋電，實現圓極化設計；多饋法，利用組陣和饋電網絡，對貼片進行0°、90°、180°和270°饋電，實現圓極化。螺旋天線，利用軸向工作模式，形成正交的電場分量，并且產生場的電流繞軸向旋轉，從而構造出圓極化。圓極化喇叭天線，在常規的喇叭天線中加入圓極化器的設計，從而實現圓極化。圓極化表面圓極化天線，在普通的貼片天線輻射上方，放置圓極化超表面，改變場的分量角度和相位，從而實現圓極化。就目前常用的正交偶極子對圓極化天線而言，偶極子天線輻射本身是全向的，為實現定向輻射，通常需要在四分之一波長距離放置反射地板。該類天線受限于偶極子結構和反射地板的放置，存在天線體積較大等缺點；同時受限于單個偶極子天線增益的限制，天線總體增益不高；在已有的設計中，為了實現天線的固定等，使用了介質基板作為支撐，引入介質損耗和增大制作成本等缺點。

就目前常用的微帶圓極化天線而言，由于微帶天線結構和原理上的限制，存在天線帶寬窄等缺點；對于使用介質進行小型化設計的微帶貼片天線，將會引入介質損耗，降低天線增益；對于雙饋和多饋點的微帶圓極化方案，需要搭建饋電網絡，存在尺寸較大等缺點。

就目前常用的螺旋天線而言，螺旋天線受限于圓極化實現的機理，存在體積較大等缺點；同時該天線結構單一，存在設計不靈活等缺點。

就目前常用的圓極化喇叭天線，喇叭天線的高方向性和增益，是建立在大的尺寸上，因此喇叭天線存在體積大的缺點；喇叭天線的圓極化實現，是建立在圓極化器上的，圓極化器在喇叭天線中難以加工和調整，存在加工困難等缺點。

就目前常用的圓極化表面貼片圓極化天線而言，圓極化表面需要放置在距離天線輻射方向四分之一波長高度的位置，增大了天線的剖面；同時為了獲得好的圓極化效果，需要放置較大面積的圓極化表面，因此存在體積較大的缺點；同時天線的增益，受限于貼片輻射源輻射，因此增益有所限制。

綜上所述，目前常用的正交偶極子對天線受限于自身性能和圓極化實現原理，存在物理尺寸大，增益受限，小型化困難等缺點；微帶圓極化天線受限于微帶天線元件，存在天線工作帶寬較窄，增益不夠高等缺點；螺旋天線，依賴于軸向工作模式，存在體積較大，設計靈活度低等缺點；圓極化喇叭天線，存在體積較大、加工困難等缺點；圓極化表面貼片圓極化天線，受限于圓極化表面的應用要求，存在天線尺寸大、增益不高等缺點。

發明內容