[發(fā)明專利]一種基于交互嵌入式超表面結(jié)構(gòu)的寬帶小型化天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010132860.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN112038760B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車文荃;陳東旭;楊琬琛;薛泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q15/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種基于交互嵌入式超表面結(jié)構(gòu)的寬帶小型化天線。所述天線包括采用雙層疊放方式放置的上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板；上層介質(zhì)基板上表面印制有交互嵌入式超表面輻射結(jié)構(gòu)，下表面印制有開有耦合縫隙的金屬地板；下層介質(zhì)基板上表面與金屬地板貼合，下表面印制有饋電網(wǎng)絡(luò)；能量由饋電網(wǎng)絡(luò)輸入，經(jīng)金屬地板上的耦合縫隙耦合到交互嵌入式超表面輻射結(jié)構(gòu)將能量定向地向上輻射，從而實(shí)現(xiàn)具有寬帶、平穩(wěn)高增益、低剖面的特性的小型化超表面天線。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，也展寬了帶寬；此外，縫隙的多樣性選擇，在保證了一定周期性的同時(shí)，也提高了設(shè)計(jì)自由度。本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本和重量都相對(duì)較小，可以大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超表面天線領(lǐng)域，具體涉及一種基于交互嵌入式超表面結(jié)構(gòu)的寬帶小型化天線。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)寬帶天線的需求日益增加。微帶貼片天線由于其剖面低、重量輕、成本低，易于與印刷電路兼容等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。但是，傳統(tǒng)的微帶貼片天線阻抗帶寬較窄、增益較低，雖然目前有許多技術(shù)可以克服這一缺點(diǎn)，比如利用電容探針饋電、L探針饋電、孔徑耦合、U/E開槽貼片和堆疊貼片等，但通常需要介電常數(shù)較低的厚介質(zhì)基板，難以實(shí)現(xiàn)低剖面(D.Chen,W.Yang,W.Che and Q.Xue,“Broadband stable-gain multiresonance antenna using nonperiodic square-ring metasurface,”IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,vol.18,no.8,pp.1537-1541,Aug.2019.)。

近年來倍受關(guān)注的超表面天線，采用周期性的貼片單元，可以在實(shí)現(xiàn)低剖面的同時(shí)獲得較寬的帶寬和較好的輻射性能。W.Liu等人提出了口徑耦合的超表面天線，在剖面僅為0.06λ₀時(shí)，阻抗帶寬達(dá)到28％(W.Liu,Z.N.Chen and X.Qing,“Metamaterial-basedlow-profile broadband aperture-coupled grid-slotted patch antenna,”IEEETransactions on Antennas and Propagation,vol.63,no.7,pp.3325-3329,July2015.W.Liu,Z.N.Chen and X.Qing,“Metamaterial-based low-profile broadbandaperture-coupled grid-slotted patch antenna,”IEEE Transactions on Antennasand Propagation,vol.63,no.7,pp.3325-3329,July 2015.F.H.Lin and Z.N.Chen,“Low-profile wideband metasurface antennas using characteristic mode analysis,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.65,no.4,pp.1706-1713,April2017.)。與傳統(tǒng)的微帶貼片天線相比，超表面天線在增益和帶寬等性能方面具有明顯的優(yōu)勢，但其整體尺寸通常較大(～1.1λ₀)，這就導(dǎo)致超表面天線在陣列設(shè)計(jì)和集成上存在一定的困難。目前來說，實(shí)現(xiàn)超表面天線的小型化方法一般有以下幾種：采用雙層/多層結(jié)構(gòu)、減小單元間的縫隙、使用高介電常數(shù)的介質(zhì)板(W.E.I.Liu,Z.N.Chen,X.Qing,J.Shi andF.H.Lin,“Miniaturized wideband metasurface antennas,”IEEE Transactions onAntennas and Propagation,vol.65,no.12,pp.7345-7349,Dec.2017.)、加載諧振結(jié)構(gòu)(C.Zhao and C.Wang,“Characteristic mode design of wide band circularlypolarized patch antenna consisting of H-shaped unit cells,”IEEE Access,vol.6,pp.25292-25299,2018.)、增加電流路徑(Y.Juan,W.Yang and W.Che,“Miniaturized low-profile circularly polarized metasurface antenna using capacitive loading,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.67,no.5,pp.3527-3532,May2019.)等，但這些方法通常存在剖面高、帶寬窄、尺寸減小有限等問題。因此，如何在設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)緊湊的超表面天線的同時(shí)保持高性能是亟待解決的問題。