[發(fā)明專利]基于超表面結(jié)構(gòu)的差分饋電圓極化濾波天線

有效

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• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112332087B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金華燕;向艷華;羅國清;王文磊;張曉紅
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q15/00;H01Q5/28;H01Q5/50
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開一種基于超表面結(jié)構(gòu)的差分饋電圓極化濾波天線。本發(fā)明包括輻射結(jié)構(gòu)和饋電結(jié)構(gòu)兩個組成部分：天線頂層的輻射結(jié)構(gòu)是由周期性分布的超表面結(jié)構(gòu)單元組成的超表面結(jié)構(gòu)，在每個超表面結(jié)構(gòu)單元的對角線上加載兩個接地金屬通孔；天線底層的饋電結(jié)構(gòu)是由微帶耦合線和U形槽線構(gòu)成的濾波巴倫差分饋電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明圓極化濾波天線通帶內(nèi)的增益比較穩(wěn)定，帶外抑制明顯，增益的頻率選擇性較好，實(shí)現(xiàn)了較好的濾波性能。此外，阻抗帶寬和軸比帶寬可以分開獨(dú)立調(diào)節(jié)，使軸比頻率更穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種天線結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種基于超表面結(jié)構(gòu)的差分饋電圓極化濾波天線結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)中必不可少的一部分，對其性能和指標(biāo)的要求也隨之提高。圓極化天線因具有良好的抗干擾能力和發(fā)射接收極化的任意性，被廣泛應(yīng)用到衛(wèi)星通信、雷達(dá)、射頻識別系統(tǒng)中。但傳統(tǒng)的圓極化天線一般是通過對天線的饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)來產(chǎn)生圓極化輻射，這種設(shè)計(jì)使得天線的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且軸比的中心頻率易受影響。近年來，一種二維平面超材料結(jié)構(gòu)----超表面結(jié)構(gòu)，因具有平面化、制造成本低，且可以有效地改善天線等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。基于超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超表面天線作為一種新型天線已經(jīng)得到了廣泛的研究。相對于傳統(tǒng)圓極化天線的復(fù)雜性，使用超表面技術(shù)產(chǎn)生圓極化，可以在緊湊的天線結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，且能夠更好地調(diào)節(jié)圓極化，軸比頻率也更穩(wěn)定。

天線和濾波器是射頻系統(tǒng)中兩個重要的前端器件，將濾波性能集成在天線當(dāng)中，可以有效地使射頻系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。目前，具有濾波效果的超表面圓極化濾波天線極少被人提及。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)圓極化天線的復(fù)雜性和軸比頻率易受影響的不足，并在天線中融合設(shè)計(jì)濾波性能，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊的射頻前端，本發(fā)明提出了一種C波段的基于超表面結(jié)構(gòu)的差分饋電圓極化濾波天線。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

本發(fā)明天線主要包括第一介質(zhì)板、第二介質(zhì)板、金屬接地板、天線輻射結(jié)構(gòu)、濾波饋電網(wǎng)絡(luò)；第一介質(zhì)板、金屬接地板、第二介質(zhì)板從上至下依次設(shè)置；

所述天線輻射結(jié)構(gòu)為設(shè)置在第一介質(zhì)板頂層的周期性分布的超表面結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成；所述超表面結(jié)構(gòu)單元加載兩個接地金屬通孔，上述兩個接地金屬通孔位于超表面結(jié)構(gòu)單元對角線的兩端；接地金屬通孔貫穿第一介質(zhì)板，用于超表面結(jié)構(gòu)單元與金屬接地板的連接；

作為優(yōu)選，超表面結(jié)構(gòu)單元沿X軸和Y軸分布的數(shù)量相同，單元間距相同；通過調(diào)整兩個接地金屬通孔的孔徑大小和距離，產(chǎn)生相位差約為90°的等幅正交極化波，從而實(shí)現(xiàn)天線的圓極化性能。

所述濾波饋電網(wǎng)絡(luò)是由濾波巴倫組成的差分饋電結(jié)構(gòu)，濾波巴倫由微帶線T1、T2、T3和U形槽U1、U2構(gòu)成；

所述微帶線T1、T2、T3設(shè)置在第二介質(zhì)板的底層；微帶線T2、T3中心對稱，微帶線T2、T3與T1距離相等，微帶線T2、T3、T1平行設(shè)置。微帶線T2、T3與T1耦合。微帶線T1的中心與第二介質(zhì)板的中心重合。

微帶線T1的一端接50歐姆微帶線作為輸入端口，微帶線T2的一端和微帶線T3的一端分別通過另接50歐姆微帶線T4、T5作為兩個平衡輸出端口。

所述U形槽U1、U2設(shè)置在金屬接地板，兩個U形槽中心對稱；微帶線T2、T3分別與兩個U形槽耦合，T1與兩個U形槽耦合。

所述金屬接地板開有耦合縫隙C1、C2，C1和C2中心對稱，且分別關(guān)于T2、T3另接的微帶線T4、T5的中心線軸對稱，C1、C2分別與兩個平衡輸出端口耦合。

作為優(yōu)選，微帶線T1大于1/2波長，U形槽為1/2波長；為了保證U形槽能更好地與微帶線T1、T2、T3進(jìn)行耦合，兩個U形槽的其中一個長臂終端分別與微帶線T1的兩端位置在同一水平線上，且該長臂內(nèi)側(cè)邊緣線與微帶線T1的中心線重合，兩個U形槽的另一個長臂的內(nèi)側(cè)邊緣線分別與微帶線T2、T3的中心線重合。