[發明專利]一種寬帶圓極化毫米波基片集成超表面天線陣列

在審

• 申請號: 202211218502.2
• 申請日: 2022-10-06
• 公開（公告）號: CN115473036A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 連繼偉;陸雪;胡鵬;耿淳;丁大志
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q15/00;H01Q21/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種寬帶圓極化毫米波基片集成超表面天線陣列，包括第一介質基板、印刷在第一介質基板底部的第一金屬結構、印刷在第一介質基板頂部的第二金屬結構、第二介質基板、印刷在第二介質基板頂部的第三金屬結構、第三介質基板、分布在第一介質基板上的第一金屬通孔、以及分布在第二介質基板上的第二金屬通孔。本發明從31GHz到39.4GHz，S11都小于?10dB，對應的相對帶寬為24％；軸比帶寬為30.3～41GHz，對應的相對帶寬為30％；在目標頻段內，本發明的最大增益為18.7dBi。

技術領域

本發明涉及電磁超表面的應用領域，特別是一種寬帶圓極化毫米波基片集成超表面天線陣列。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，超表面作為輻射孔徑是不可或缺的部分，在天線界引起了廣泛關注。在過去的幾年里，超表面天線已被用于5G應用、可穿戴應用、電磁軀干成像等。由于幾個優點，在許多應用中，具有圓極化特性的超表面天線比線極化輻射更可取。圓極化輻射不受多徑失真的影響，可以減輕系統間的偏振失配，圓極化輻射還可以防止電離層帶來的法拉第旋轉效應。這些特性使圓極化超表面天線成為近年來的研究熱點。

超材料作為人工復合的材料或者結構，具有天然材料所沒有的物理屬性，其二維表現形式——超表面，不僅能實現對電磁波的控制，而且在結構設計上還有很大的空間，有巨大的應用價值。隨著毫米波通信系統的飛速發展，目前毫米波天線受到了廣泛的關注。而目前適用于毫米波通信的超表面天線較少，大多數關于超表面天線均工作在sub-6GHz頻段，存在軸比帶寬較窄的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種寬帶圓極化毫米波基片集成超表面天線陣列，解決目標頻段內帶寬窄和增益低的問題。

實現本發明目的的技術方案為：一種寬帶圓極化毫米波基片集成超表面天線陣列，包括第一介質基板、印刷在第一介質基板底部的第一金屬結構、印刷在第一介質基板頂部的第二金屬結構、第二介質基板、印刷在第二介質基板頂部的第三金屬結構、第三介質基板、分布在第一介質基板上的第一金屬通孔、以及分布在第二介質基板上的第二金屬通孔；第一金屬結構上刻蝕了第一縫隙槽，第二金屬結構上刻蝕了1×4第二縫隙槽、第三金屬結構上刻蝕了4×4第三縫隙槽、第三縫隙槽中心與第四金屬結構對齊；第四金屬結構由4×4超表面陣列構成，相鄰超表面陣列有間距。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：本發明提出了一種工作在毫米波段的圓極化基片集成波導孔徑耦合超表面天線陣列，具有從30.3GHz到41GHz(30％)的寬軸比帶寬和從31GHz到39.4GHz(24％)的寬阻抗帶寬。在目標頻段內，本發明的最大增益為18.7dBi。與同類設計相比較，本發明大大提高了阻抗帶寬和軸比帶寬。

附圖說明

圖1為本發明一種基于基片集成波導的寬帶圓極化毫米波超表面天線陣列的立體圖。

圖2為本發明一種基于基片集成波導的寬帶圓極化毫米波超表面天線陣列的仿真與測試的反射系數、軸比和增益對比。

圖3為本發明一種基于基片集成波導的寬帶圓極化毫米波超表面天線陣列的結構示意圖。

圖4為本發明一種基于基片集成波導的寬帶圓極化毫米波超表面天線陣列的仿真與測試的E面左右圓極化在32GHz、34GHz、36GHz和38GHz的對比圖。

圖5為本發明一種基于基片集成波導的寬帶圓極化毫米波超表面天線陣列的仿真與測試的H面左右圓極化在32GHz、34GHz、36GHz和38GHz的對比圖。

具體實施方式