基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩制造技术

本发明专利技术公开了一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩。天线罩包括多个紧密排列的周期单元结构，每个周期单元结构由一层介质层和两层金属层组成，两层金属层分别贴于介质层两表面；周期单元结构包括顶层金属贴片、介质和底层金属贴片；顶层金属贴片贴于介质上表面，底层金属贴片贴于介质下表面。本发明专利技术适用于角度、极化稳定性高的移动通信天线罩设计，通带内插入损耗小且稳定，通带二倍频处形成高抑制的宽阻带，角度、极化稳定性极佳。在现代通信、雷达及军事国防等领域应用价值巨大。

Highly reliable communication radome with high stability based on strong coupling mechanism

The invention discloses a high-performance communication radome based on strong coupling mechanism with extremely stable angle. The radome consists of several closely arranged periodic unit structures, each of which consists of a layer of dielectric layer and two layers of metal layer. The two layers of metal layer are respectively attached to the two surfaces of the dielectric layer; the periodic unit structure consists of top metal patch, medium and bottom metal patch; the top metal patch is attached to the surface of the dielectric layer, and the bottom metal patch is attached to the surface of the dielectric layer. Metal patches are placed on the surface of the medium. The invention is suitable for the design of mobile communication radome with high angle and polarization stability. The insertion loss in passband is small and stable, and the passband doubles frequency to form a broadband with high suppression. The angle and polarization stability are excellent. It is of great value in modern communications, radar and military defense.

【技术实现步骤摘要】
基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩
本专利技术涉及天线
，特别是涉及了一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，可应用于高频段5G通信及雷达方面。
技术介绍
随着通信技术的飞速发展，5G通信成为如今通信领域的研究热点，加之2020年5G通信技术上市的目标进一步推动了5G通信技术的发展。传统的无线通信系统通常用到介质滤波器和SAW(SurfaceAcousticWave，声表面波)滤波器。介质滤波器虽然有较好的性能，但体积大，不便于用到便携式设备中。而SAW滤波器在1.5GHz以下使用非常合适，但是在工作频率超过1.5GHz时，SAW的Q值开始下降，到2.5GHz时，SAW的选择性已经只能用在一些要求比较低的场合。另外，基于CMOS工艺的BAW(BulkAcousticWave,体声波)滤波器也常应用于移动通信系统中。然而，BAW滤波器其抑制带外杂散(主要为2倍频)的能力相对较弱。因此，在保证天线正常工作的前提下如何提高对倍频处杂散信号的抑制成为一大难题。通过大量文献调研、行业分析与技术研究，采用周期性超材料结构设计一体化的滤波天线罩是一个可行的方案。天线罩是用来保护天线或整个微波系统免受环境影响的外壳，在无线系统中应用广泛，常将频率选择表面FSS(Frequencyselectivesurfaces)用来设计天线罩。而超材料电磁场控制理论的提出，为设计新型的天线罩提供了理论基础。通过合理调整周期性超材料天线罩的结构，有望实现在对系统性能的不良影响降至最低的同时，改善系统的通带插损及带外抑制能力。如今，国内外对于频率选择表面技术也有了数年的研究，之前的研究更多的着眼于单独通带或者阻带，而对于工作频段形成通带，二倍频形成阻带效果的FSS研究甚少。此外，在实际通信系统中，高性能天线对入射电磁波角度的改变敏感性很低，而传统的FSS结构在入射电磁波角度发生变化时，其频率响应会发生偏移，造成系统性能的下降，使得如何提高频率选择表面的角度性能成为另一大挑战。因此，设计一款角度性能极其稳定的高性能频率选择表面结构对于新一代移动通信技术的发展是至关重要的。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，通过两层金属贴片之间巧妙的耦合设计，对于空间各方向入射的电磁波有着稳定、高效的选择透过性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：所述天线罩采用频率选择表面技术，具体包括多个紧密排列的周期单元结构，每个周期单元结构由一层介质层和两层金属层组成，两层金属层分别贴于介质层两表面；当自由空间中电磁波入射到所述天线罩，会对特定入射频率的电磁波产生选择特性，使得天线工作频段的信号正常透过，而对天线工作频段二倍频处产生的杂散信号具有很好的抑制效果。本专利技术适用于角度、极化稳定性高的移动通信天线罩设计，通带内插入损耗小且稳定，通带二倍频处形成高抑制的宽阻带，角度、极化稳定性极佳。在现代通信、雷达及军事国防等领域应用价值巨大。所述周期单元结构包括顶层金属贴片P1、介质D0和底层金属贴片P2；顶层金属贴片P1贴于介质D0上表面，底层金属贴片P2贴于介质D0下表面。所述顶层金属贴片P1为主要由矩形金属条T1和方形贴片T0绕周围以中心旋转对称布置形成的金属贴片；方形贴片T0布置于四角，相邻方形贴片T0的外边缘之间通过矩形金属条T1连接；四个方形贴片T0布置角度相同，四个矩形金属条T1布置角度相同。所述底层金属贴片P2为主要由位于中间的中心方形金属贴片T3和分别布置于中心方形金属贴片T3周围四角的四个方形金属贴片T2以及贴片T2和T3之间连接部分T4构成的金属贴片；方形金属贴片T2布置于中心方形金属贴片T3的角外，并且中心方形金属贴片T3的角和方形金属贴片T2的角相对布置使得中心方形金属贴片T3的对角线和方形金属贴片T2的其中一对角线通过连接部分T4对接重合。所述顶层金属贴片P1中的四个边沿，矩形金属条T1外边沿、方形贴片T0外边沿均对齐于介质D0的外边沿作为周期单元结构的边沿，使得顶层金属贴片P1四边边长均小于介质D0四边边长；所述底层金属贴片P2中，中心方形金属贴片T3外边沿不对齐于介质D0的外边沿而位于介质D0的外边沿内，中心方形金属贴片T3外边沿和介质D0的外边沿存在间隙，使得底层金属贴片P2四边边长均小于介质D0四边边长。最终如图1所示，四个方形金属贴片T2位于四个方形贴片T0的下方。所述底层金属贴片P2中，中心方形金属贴片T3位于周期单元结构的正中心。所述的介质D0采用RogersRT5880板材，介电常数为2.2，介质损耗角正切值为0.0009。所述的入射于所述天线罩电磁波的频率为2GHz-8GHz。电磁波垂直入射于所述天线罩的各层结构后，在3.10GHz–3.88GHz频段范围内通带插入损耗小于3dB，在3.32GHz–3.67GHz频带范围内通带插入损耗小于0.8dB；在5.74GHz–9.17GHz频段阻带抑制大于20dB。入射于所述天线罩的电磁波角度在±80°范围内变化时，传输极点与零点不发生改变，角度、极化稳定性极高，从而使得天线工作频段内的信号正常通过，而对天线系统二倍频处的杂散信号具有很好的抑制效果。本专利技术的基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩可应用于5G等现代通信、雷达及军事通信中。本专利技术的天线罩工作原理如下：当空间中电磁波以角度θ入射时，相邻单元间会存在相位差，该相位差随着入射角度的增大而增大，从等效电路角度来看，其结构对应的电容与电感将会发生改变，从而使得屏蔽罩的传输性能发生改变，为了克服入射角度问题，本专利技术采用强耦合机制进行频率选择表面结构设计来提高屏蔽罩的角度稳定性能；本专利技术中的天线罩采用强耦合机制进行频率选择表面结构设计，由于本设计采用一层很薄的介质层，因此，顶层与底层所对应的金属之间存在很强的耦合作用，从而形成强耦合电容，该强耦合电容不易受入射电磁波方向的影响，故而所提出结构具有很好的角度稳定性能。顶层金属贴片由矩形金属条T1和方形贴片T0绕中心旋转得到的图形组成，底层金属P2由T2绕中心旋转得到的4个方形金属贴片和中心方形金属贴片T3以及结构T2和T3的连接部分组成。其中顶层方形贴片T0与底层金属层的方形贴片T2间形成强耦合，可以等效为电容Cs，图5展示了天线工作频率下的电场分布，可以发现在特定频率下，T2与T0将会产生强耦合，使得Cs>>C1,且Cs的值对电磁波入射角度变化不敏感。底层金属贴片T3本身可以等效为电感L2，等效的电容Cs与电感L2形成LC串联谐振，在7GHz附近形成一个稳定的阻带，从而实现对杂散信号的抑制；图6为3.5GHz时顶层金属贴片上的电流分布，可以发现电流主要集中在顶层金属结构T1上，其可以等效为电感L1，该电感同电容Cs与L2的串联电路形成并联电路，当该LC并联电路谐振发生在天线的工作频率时，便可实现FSS对天线的透明效果，最终本专利技术结构与等效LC对应图示以及等效电路模型分别如图7和8所示。本专利技术中的天线罩采用了完全对称的设计思想，实现了电磁波的TE、TM模式下的双极化稳定性设计。本专利技术的有益效果是：本专利技术天线罩设计采用了强耦合机制实现频率选择表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，其特征在于：所述天线罩包括多个紧密排列的周期单元结构，每个周期单元结构由一层介质层和两层金属层组成，两层金属层分别贴于介质层两表面。

【技术特征摘要】
1.一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，其特征在于：所述天线罩包括多个紧密排列的周期单元结构，每个周期单元结构由一层介质层和两层金属层组成，两层金属层分别贴于介质层两表面。2.根据权利要求1所述的一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，其特征在于：所述周期单元结构包括顶层金属贴片P1、介质D0和底层金属贴片P2；顶层金属贴片P1贴于介质D0上表面，底层金属贴片P2贴于介质D0下表面；所述顶层金属贴片P1为主要由矩形金属条T1和方形贴片T0绕周围以中心旋转对称布置形成的金属贴片；方形贴片T0布置于四角，相邻方形贴片T0的外边缘之间通过矩形金属条T1连接；所述底层金属贴片P2为主要由位于中间的中心方形金属贴片T3和分别布置于中心方形金属贴片T3周围四角的四个方形金属贴片T2以及贴片T2和T3之间连接部分T4构成的金属贴片；方形金属贴片T2布置于中心方形金属贴片T3的角外，中心方形金属贴片T3的对角线和方形金属贴片T2的其中一对角线通过连接部分T4对接重合。3.根据权利要求2所述的一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩，其特征在于：所述顶层金属贴片P1中，矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尔平，李天武，李达，
申请(专利权)人：海宁利伊电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33