[發明專利]基于超表面的寬帶全向天線

有效

• 申請號: 202010467721.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111740213B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 郭俊雷;劉楚釗;楊德強;劉賢峰;陳涌頻;劉思豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q9/04;H01Q15/00;H01Q21/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發明提供一種基于超表面的寬帶全向天線，從上至下依次包括：超表面結構、介質基板層、金屬地板層；超表面結構位于介質基板層的上表面，包括四個相同的大正方形貼片構成的大方形超表面，大正方形貼片四周對稱設置12個小正方形貼片作為小方形超表面，介質基板層中心設置一個圓盤狀輻射貼片和與其同心的圓形非輻射貼片；金屬地板層下方的同軸饋電探針6分別通過金屬地板層7和介質基板層5的正中心，為頂層的超表面結構饋電；本發明的有益效果為：利用簡單饋電結構實現單模式諧振寬帶全向。

技術領域

本發明涉及一種寬帶全向輻射天線，屬于微波通信天線應用領域。尤其涉及一種寬帶超表面全向天線。

背景技術

天線作為無線通信設備中電磁波與自由空間中電磁波轉換的接口，是通信設備不可缺少的一部分。隨著高速信息時代的來臨，人們對信息傳遞速度提出了更高的要求，寬帶天線的使用可以很好地滿足人們對于信息快速傳遞的要求，而且可以減少無線通信系統中天線的數量，避免多個天線之間的相互耦合，達到節省成本等效果。全向天線因為可以在某個方位面上實現能量的均勻輻射或均勻接收來自空間的電磁波，不管在民用領域還是軍事領域，都有著巨大的需求。因此，研究具有寬帶特性的全向輻射天線具有重要的現實意義。

對于傳統的偶極子天線來說，雖然具有全向輻射特性，但阻抗帶寬很窄，限制了在寬帶系統中的應用。為了展寬帶寬，學者們開始研究由傳統的全向天線組成的陣列天線，如由6個全向天線單元組成的水平極化全向天線，達到了46.4％的帶寬，但天線結構復雜。為了設計結構簡單的全向天線，一些基于超材料的天線被研究，如采用人工多負傳輸線的水平極化全向環天線，雖然這種結構可以實現比較寬帶寬，但是卻需要很大的天線尺寸；再如采用超表面實現水平極化的全向天線，雖然具有低剖面和寬帶特性，但卻需要設計復雜的饋電網絡。

可以看出，利用超表面確實可以設計出小型化、寬帶的全向輻射天線，但是如何巧妙地設計超表面結構，降低饋電網絡的復雜度，是一個值得探究的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種利用超表面設計的寬帶全向天線。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種基于超表面的寬帶全向天線，從上至下依次包括：超表面結構、介質基板層5、金屬地板層7；

超表面結構位于介質基板層5的上表面，包括四個相同的大正方形貼片構成的大方形超表面2，四個大正方形貼片關于介質基板層5中心對稱設置，大正方形貼片四周對稱設置12個小正方形貼片作為小方形超表面1，大正方形貼片的邊長wm大于小正方形貼片的邊長wm1，12個正方形小貼片中有8個位于大正方形貼片水平和垂直中軸線延長線上，有4個位于大正方形貼片的對角線延長線上，介質基板層中心設置一個圓盤狀輻射貼片3和與其同心的圓環形縫隙4，圓環形縫隙4的半徑大于圓盤狀輻射貼片3，圓盤狀輻射貼片3和圓環形縫隙4用于引入電容，改善天線阻抗匹配；

金屬地板層下方的同軸饋電探針6分別通過金屬地板層7和介質基板層5的正中心，為頂層的超表面結構饋電；同軸饋電探針6的內芯與頂層的圓盤狀輻射貼片3直接接觸，同軸饋電探針6外層與金屬地板層7連接；電磁波能量通過同軸探針輸入，沿著內芯傳輸給超表面結構。

作為優選方式，相鄰兩個大正方形貼片之間的間距為g。

作為優選方式，位于大正方形貼片水平和垂直中軸線延長線上的小正方形貼片，和與其相鄰的大正方形貼片之間的間距為g。

作為優選方式，位于大正方形貼片對角線延長線上的小正方形貼片，和與其相鄰的大正方形貼片之間沿大正方形貼片對角線方向的間距為

作為優選方式，g的長度小于0.06倍的波長，該波長是Sl₁≤-10dB對應的最大頻率下的波長，S₁₁為反射系數，可以獲得最優的阻抗匹配效果。

作為優選方式，wm:wm1＝5:(2.5-4)。