[發明專利]一種基于雙層容性加載的寬帶小型化超表面天線

在審

• 申請號: 202010700941.1
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111987437A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 薛泉;陳東旭;車文荃;楊琬琛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q15/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種基于雙層容性加載的寬帶小型化超表面天線，采用三層介質基板，由上而下疊放，包括第一層介質基板，第二層介質基板和第三層介質基板；第一層介質基板上表面印制有用于容性加載的金屬寄生貼片結構，所述金屬寄生貼片結構包括若干個周期排列的寄生貼片單元；第二層介質基板上表面印制有超表面輻射結構，下表面印制有開有耦合縫隙的金屬地板；所述超表面結構包括若干個獨立的超表面貼片單元和單元間的縫隙；第三層介質基板上表面與金屬地板貼合，下表面印制有饋電網絡。本發明的基于雙層容性加載的超表面天線在保證寬帶特性的同時，有效地實現了小型化，在尺寸縮小的同時，仍能保證高增益特性。

技術領域

本發明涉及一種超表面天線，具體涉及一種基于雙層容性加載的寬帶小型化超表面天線。

背景技術

隨著現代無線通信系統的發展，對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點而受到廣泛關注。但是，傳統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可以克服這一缺點，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較低的厚介質基板，難以實現低剖面(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.)。

近年來倍受關注的超表面天線，采用周期性的貼片單元，可以在實現低剖面的同時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，阻抗帶寬達到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.)。與傳統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勢，但其整體尺寸通常較大(～1.1λ₀)，這就導致超表面天線在陣列設計和集成上存在一定的困難。目前來說，實現超表面天線的小型化方法一般有以下幾種：采用雙層/多層結構、加載諧振結構(C.Zhao and C.Wang,“Characteristic mode design of wide bandcircularly polarized patch antenna consisting of H-shaped unit cells,”IEEEAccess,vol.6,pp.25292-25299,2018.)、增加電流路徑^[7]、減小單元間的縫隙、使用高介電常數的介質板(W.E.I.Liu,Z.N.Chen,X.Qing,J.Shi and F.H.Lin,“Miniaturizedwideband metasurface antennas,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.65,no.12,pp.7345-7349,Dec.2017.)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，如何在設計出結構緊湊的超表面天線的同時保持高性能是亟待解決的問題。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種基于雙層容性加載的寬帶小型化超表面天線，通過在單層介質基板的超表面結構上加載印制有用于容性加載的金屬寄生貼片結構的介質基板，選取合適位置，使得金屬寄生貼片結構與單層介質的超表面結構的單元及單元間距在俯視角度上均產生重疊，從而引入容性加載，實現結構緊湊且寬帶的雙層容性加載的超表面輻射結構。選取合適的饋電結構，本發明能在較低的剖面下實現具有寬帶、平穩高增益、小型化特性的超表面天線。