[發明專利]一種基于電磁超材料的雙極化1比特天線及數字比特陣列

在審

• 申請號: 202210219772.9
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN115084873A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 董元旦;王嶄;程洋;劉昱伶
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/24
• 分類號: H01Q21/24;H01Q1/38;H01Q9/04;H01Q1/24;H01Q1/52;H01Q3/38;H01Q5/50
• 代理公司: 成都拓荒者知識產權代理有限公司 51254
• 代理人: 王堅敏

本發明的一種基于電磁超材料的雙極化1比特天線，其特征在于，包括：金屬地板；十字交叉介質基板；具有電磁超諧振器的十字交叉環形金屬結構；十字交叉介質基板固定在金屬地板的表面，用于支撐天線與電磁超諧振器；十字交叉介質基板具有2塊薄層低耗介質基板，2塊薄層低耗介質基板垂直相交；2塊薄層低耗介質基板垂直相交重合的部分為交叉柱；其中，所述交叉柱垂直于金屬地板的表面；本發明的有益效果體現在提出了一種新穎的電磁超材料雙極化1比特輻射結構，具有小型化、高輻射效率、隔離度好以及結構緊湊等優點。基于電磁超材料的雙極化數字比特陣列，具有小型化、低成本、雙極化多波束切換和設計自由度高等優點，能夠滿足雙極化5G多波束基站的應用需求。

技術領域

本發明屬于屬于射頻天線技術領域，涉及多波束天線技術領域，具體涉及一種基于電磁超材料的雙極化1比特天線及數字比特陣列。

背景技術

以5G無線通信和智慧物聯網技術為代表的新一代無線通信體系，正在深刻變革著人們的日常生活和各項生產活動。相較于傳統的2G/3G/4G無線通信系統，5G通信系統采用了新的高頻段、大規模MIMO架構以及多波束掃描技術，因此5G通信系統實現了高傳輸速率、低時延以及高穩定的通信鏈路。然而傳統的2G/3G/4G通信系統一般采用固定波束的全向天線或雙極化天線，因此難以滿足5G系統對多波束輻射和動態掃描波束對準的性能要求。由于多波束天線具有多個可切換的輻射波束或模式，既能有選擇的對準不同的發射或來波方向，也能夠進行空間掃描覆蓋，能夠增強信道的抗干擾能力，同時有效地改善多徑效應，因此多波束天線技術被引入到5G基站應用中。數字比特陣列，作為一類新型的多波束天線，不僅具有多個不同的輻射波束，同時具有低成本特性。相比于傳統的相控陣，數字比特陣列不需要價格高昂的T/R組件，因此具有顯著的低成本特性。同時不同于傳統相控陣的多波束連續掃描，數字比特陣列既能夠實現了多個互補的方向圖的切換，即空間的補盲覆蓋，也可以進行一定的空間多波束掃描。

目前，數字比特陣列按照現有文獻，大致可分為三類：線極化數字1比特陣列、平面二維數字比特陣列、圓極化可重構數字2比特陣列，以及漏波形式數字比特陣列。線極化1比特陣列，采用電調的1比特天線單元實現多個互補波束的切換，存在極化模式單一，面對復雜的電磁信道環境易出現極化失配的問題。平面二維數字比特陣列，采用可重構的1比特貼片天線作為陣元進行二維布陣，為了實現二維平面的波束變化，需要布設大量的開關偏置電路，因此存在結構復雜的問題，同時由于陣元仍然為線極化1比特貼片天線，因此也同樣存在極化模式單一的缺點。圓極化可重構數字2比特陣列，采用了2比特(相位切換步進為90°)的可重構貼片天線，在實現多波束切換的同時可以進行雙圓極化(左旋圓極化和右旋圓極化)的可重構。為了實現多波束切換和圓極化可重構，需要搭建2比特相位切換器和90°移相器，因此不僅需要大量的射頻開關，還需要多路的電壓控制，因此存在成本高和結構復雜的問題。漏波形式數字比特陣列，采用了2比特移相器在定頻狀態下進行波束的相掃，但是漏波天線通常存在波束控制能力較弱和整體陣列尺寸大的缺點。

發明內容

為解決上述現有技術問題，本發明提供一種基于電磁超材料的雙極化1比特天線及數字比特陣列。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

提供一種基于電磁超材料的雙極化1比特天線，其特征在于，包括：

金屬地板；

十字交叉介質基板；

具有電磁超諧振器的十字交叉環形金屬結構；

其中，所述十字交叉介質基板固定在金屬地板的表面，用于支撐天線與電磁超諧振器；

其中，十字交叉介質基板具有2塊薄層低耗介質基板，2塊薄層低耗介質基板垂直相交；

其中，2塊薄層低耗介質基板垂直相交重合的部分為交叉柱；

其中，所述交叉柱垂直于金屬地板的表面；