[發(fā)明專利]一種寬帶圓極化超表面天線

在審

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• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN114614265A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高喜;尹思杰;李思敏;李新建;王國富;鄭偉光;許恩永;謝先明
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q1/38
• 代理公司: 桂林文必達(dá)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 白洪

本發(fā)明公開了一種寬帶圓極化超表面天線，寬帶圓極化超表面天線包括：雙層介質(zhì)板和三個(gè)金屬層；三層金屬層分別為頂層的超表面、中間層的開槽地板以及最底層的饋電結(jié)構(gòu)；超表面由四個(gè)子單元按90°旋轉(zhuǎn)排列構(gòu)成，每個(gè)子單元為4x4的非均勻矩形貼片陣列；中間層的開槽地板設(shè)有用于信號(hào)耦合的四個(gè)大小相同的矩形槽。該天線較好地解決了低雷達(dá)散射截面(RCS)貼片天線工作帶寬較窄的問題，具有低RCS、寬阻抗帶寬、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶圓極化超表面天線。

背景技術(shù)

在無線通信系統(tǒng)中，天線是必不可少的一部分，它能夠完成電磁波信號(hào)的發(fā)送與接收。圓極化貼片天線可以接收任意極化的來波，其輻射波也可以由任何極化天線接收，同時(shí)它還具有體積小、重量輕、低剖面等優(yōu)點(diǎn)。因此，圓極化貼片天線在雷達(dá)、導(dǎo)航、衛(wèi)星和遙感遙測等系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，圓極化貼片天線也存在帶寬窄和增益低的缺點(diǎn)。為了解決此問題，人們提出采用陣列方式、超表面加載以及加寄生貼片等方式提高天線的工作帶寬及增益。然而，在這些方法中又滋生了一些附加問題，如天線的RCS、體積及剖面高度增加等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶圓極化超表面天線，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中圓極化貼片天線存在帶寬窄和增益低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種寬帶圓極化超表面天線，從上到下依次層疊有超表面、第一介質(zhì)板、開槽地板、第二介質(zhì)板、饋電結(jié)構(gòu)；所述超表面包括四個(gè)子單元，兩個(gè)相鄰的所述子單元之間互相垂直，四個(gè)所述子單元所述開槽地板設(shè)有用于信號(hào)耦合的四個(gè)大小相同的矩形槽，且相鄰所述矩形槽互相垂直。

其中，每個(gè)所述子單元包括四個(gè)第一貼片和十二個(gè)第二貼片，四個(gè)所述第一貼片組成2×2陣列，十二個(gè)所述貼片設(shè)置在四個(gè)所述第一貼片的四周，并與四個(gè)所述第一貼片組成4×4陣列。

其中，所述饋電結(jié)構(gòu)為功分相移饋電結(jié)構(gòu)。

其中，所述第一介質(zhì)板和所述第二介質(zhì)板均為F4B板，F(xiàn)4B板的介電常數(shù)3.5，正切損耗0.003

其中，所述第一介質(zhì)板的邊長和所述第二介質(zhì)板的邊長均為W，所述第一介質(zhì)板高度為h₁，所述第二介質(zhì)板高度為h₂，所述第一貼片的長邊為l₂、短邊為w₂，所述第二貼片的長邊為l₁、短邊為w₁；兩個(gè)相鄰的所述第一貼片的間距為g₁，兩個(gè)長邊相鄰的所述第二貼片的長邊間距為g₂、兩個(gè)長邊相鄰的所述第二貼片和所述第一貼片的長邊間距為g₃；兩個(gè)短邊相鄰的所述第二貼片，如果其中一個(gè)所述第二貼片位于陣列的角上，則短邊間距為g₄，否則短邊間距為g₅；所述矩形槽長度為a，寬度為b；

其中，W＝72mm，W₁＝4.8mm，W₂＝6mm，l₁＝6.5mm，l₂＝6.83mm，g₁＝0.5mm，g₂＝1.2mm，g₃＝0.55mm，g₄＝1.1mm，g₅＝1.6mm，h₁＝2.2mm，h₂＝0.6mm，a＝15mm，b＝1.8mm。

本發(fā)明的有益效果：采用非均勻貼片構(gòu)成的超表面，能有效將兩個(gè)具有相似表面電流分布的特征模融合在一起，極大拓展了子單元的輻射帶寬，從而進(jìn)一步拓展了整個(gè)天線的工作帶寬。同時(shí)，在每個(gè)子單元的下方設(shè)計(jì)矩形縫隙，采用功分器對天線四個(gè)子單元按照90°的相位差進(jìn)行耦合饋電，最終實(shí)現(xiàn)寬帶、高增益的圓極化輻射。另一方面，利用相位相消原理，對四個(gè)子單元的位置進(jìn)行優(yōu)化排布，實(shí)現(xiàn)了天線在帶內(nèi)的RCS縮減。

附圖說明