[發明專利]一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線

有效

• 申請號: 201910043379.7
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109638477B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張城;杜劉革;趙佳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q21/24;H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q15/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

本發明涉及一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線，從上到下依次層疊有超表面、輻射貼片及饋電網絡、介質層2、介質層1、接地板，輻射貼片上加載有所述超表面。天大大提高了天線的阻抗帶寬和軸比帶寬。輻射貼片輻射邊中心處串聯一段傳輸線。可以改善天線在諧振頻率附近的輸入阻抗特性，使得阻抗變化趨于穩定且為純實數，進而方便后續的組陣。本發明將4單元順序旋轉饋電網絡簡化為2單元，并在X方向使用一分四路不等分功分器，這樣既能優化天線的軸比，又能降低天線XZ面的副瓣電平。

技術領域

本發明涉及一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線，屬于通信天線技術領域。

背景技術

天線作為無線通信系統的射頻前端，其性能的好壞直接決定通信質量的好壞，而高質量的通信系統對天線提出了更高要求：需要足夠大的帶寬以滿足通信速率的需求；需要低副瓣電平以減小對接受天線的干擾；需要圓極化以抗多徑效應以及雨霧干擾。

傳統的圓極化單元采用方形切角貼片，但其帶寬較窄，一般只有1％左右，且其輸入阻抗隨頻率變化非常劇烈，不利于組陣，所以如何改善單元貼片性能以獲得相對穩定的輸入阻抗是一個難點。而在組陣時，為了獲得寬帶圓極化特性，傳統陣列一般使用4單元順序旋轉的饋電網絡，這種饋電方法需要設計一分四路等功率分配功分器，但等功分的陣列無法實現低副瓣的要求。而對于低副瓣的陣列又需要控制各個單元的功率不相等。所以既要獲得寬帶圓極化特性又要獲得低副瓣特性本身就是一對矛盾。

傳統圓極化陣列天線的饋電網絡采用四單元順序旋轉的饋電結構，如圖10所示：它由Z1到Z7這7段四分之波長阻抗變換段構成，其中Z2,Z4,Z6組成了一個四分之三圓，這種饋電網絡結構緊湊，會使得分配到各個輻射貼片單元的電流幅度相等，而相鄰兩單元之間的相位差為90°，可以起到優化圓極化天線軸比，展寬軸比帶寬的作用。但是，由于其電流分布是等幅分布所以起不到壓低副瓣電平的作用，而且這種饋電網絡的電路模型計算十分復雜，設計起來也很困難。

中國專利文獻107579344A公開了一種毫米波基片集成波導雙圓極化低副瓣共口徑陣列天線，從上往下依次層疊：第一金屬覆銅層、第一介質層、第二金屬覆銅層、第二介質層、第三金屬覆銅層；本發明將基于基片集成波導的90°耦合器和共口徑平行板長縫陣列天線產生的兩個空間正交，相位相差90°的線極化波，分別通過基片集成波導不等功分饋電網絡對其各線極化自方向圖的進行一維H面低副瓣賦形，由圓極化方向圖合成原理，實現雙圓極化方向圖的兩個正交面內的低副瓣，使用一維賦形技術在實現雙圓極化的兩個正交平面低副瓣的同時，簡化饋電網絡實現難度，本天線采用基片集成波導平行板長縫隙陣形式實現低副瓣雙圓極化共口徑生成。但是，該專利未能實現較寬的阻抗寬帶和軸比帶寬。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線；

本發明一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線，中心頻率為5.8GHz，非常好地克服了現有技術的不足。

術語解釋：

1、超表面，是指一種厚度小于波長的人工層狀材料，超表面可實現對電磁波偏振、振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調控，超表面可視為超材料的二維對應。

2、輻射貼片，微帶貼片天線是由很薄的金屬片以遠小于波長的間隔置于一接地板上，金屬片與接地板之間用介質層隔開。如圖7所示：從上往下依次是金屬片，介質層，接地板，而最上方的金屬片就是輻射貼片，電磁能量正是從輻射貼片的邊緣輻射出去的，因此稱其為輻射貼片。

3、饋電網絡，是指把陣列天線各輻射貼片連接起來并轉換到50歐姆SMA饋電接頭的微帶傳輸線網絡，也就是微帶功分器，如圖8所示。

本發明的技術方案為：

一種加載超表面的寬帶低副瓣圓極化陣列天線，從上到下依次層疊有超表面、介質層2、輻射貼片及饋電網絡、介質層1、接地板，所述輻射貼片上加載有所述超表面。