一种基于调制超表面的超宽带双端射天线制造技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术公开了一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，属于天线技术领域。该天线包括表面波发射器、表面波波导、介质基板和同轴线，所述表面波发射器部分设置在介质基板之上，包含有平面偶极子；所述表面波波导部分设置在介质基板之上，包含有多种尺寸、单元周期相同的贴片；所述同轴线包括内芯、介质层与外导体，内芯与平面偶极子的一个臂连接，馈线的外导体与平面偶极子的另一个臂连接。本发明专利技术具有带宽宽、双端射、高增益、高辐射效率，并且结构简单、剖面高度低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调制超表面的超宽带双端射天线
本专利技术属于天线
，涉及一种基于调制超表面的超宽带双端射天线。
技术介绍
随着无线通信技术的日新月异，表面波天线作为一种新颖的天线结构受到了人们的欢迎。区别于传统天线边传播、边辐射的辐射原理，表面波天线是一种能引导波在表面传播而不辐射，仅当其结构上出现变化时，表面波才会被截断从而产生辐射的天线。目前，超表面天线以其剖面高度低、易于共形、隐蔽性强、空气阻力小、结构简单、增益高等特点被广泛用在雷达天线、飞行器表面天线、通信系统的天线模块中。传统的表面波天线是利用纹波金属表面实现的，该结构使得天线不仅厚重而且成本高昂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，基于表面波传播特性的天线，具有带宽宽、双端射、高增益、高辐射效率，并且结构简单、剖面高度低的特点。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，该天线包含表面波发射器、表面波波导、介质基板和同轴线；所述介质基板表面呈矩形，所述同轴线设置在所述介质基板的中心位置；所述表面波发射器设置在所述介质基板上，所述表面波发射器包含平面偶极子，所述平面偶极子设置在整个介质基板的中间位置，且所述平面偶极子关于所述同轴线呈镜像对称；所述表面波波导设置在所述介质基板的两侧，所述表面波波导包含多种尺寸、单元周期相同的贴片，所述表面波波导的贴片布置关于所述同轴线呈镜像对称。进一步，所述同轴线包括内芯、介质层与外导体，内芯与平面偶极子的一个臂连接，馈线的外导体与平面偶极子的另一个臂连接。进一步，所述介质基板长度为105mm～110mm，宽度为60mm～65mm，其厚度为0.8mm～1.2mm。进一步，所述平面偶极子的一侧呈阶梯结构，其中，第一阶梯宽度为5mm～10mm，第二阶梯宽度为15mm～20mm，第一阶梯长度为0.5mm～1mm，第二阶梯长度为2mm～2.5mm，第三阶梯长度为10mm～15mm，厚度为0.1mm～0.15mm。进一步，所述平面偶极子的一侧呈半圆结构，其半圆的半径为10mm～15mm。进一步，所述表面波波导包含四种不同尺寸、单元周期相同的贴片，其中：贴片Ⅰ尺寸为7.5mm～8mm，贴片Ⅰ设置在介质基板的两侧的中间位置；贴片Ⅱ尺寸为7mm～7.5mm，贴片Ⅱ设置在贴片Ⅰ的两侧，数量为贴片Ⅰ的两倍；贴片Ⅲ尺寸为6.5mm～7mm，贴片Ⅲ设置在贴片Ⅱ的两侧，数量与贴片Ⅱ相等；贴片Ⅳ尺寸为5mm～5.5mm，所述贴片Ⅳ三面包围住所述贴片Ⅰ、贴片Ⅱ和贴片Ⅲ设置。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过对周期性贴片的折射率的调节及贴片和偶极子的相对位置的排布，从而实现了双端射的方向图，并具有超宽带阻抗匹配现象、高辐射效率和高端射峰值增益。除上述优点外，本专利技术还具有结构简单、易于制造、剖面高度低等优势。因此可以使得其在复杂的无线通信系统终端收集无线能量具有较高的信噪比、减弱相应的传输损耗，并应用于WLAN，WiMAX频段的通信系统中。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1是本专利技术天线的整体示意图；图2是本专利技术天线的俯视图；图3是本专利技术天线的侧视图；图4为本专利技术的贴片形单元的等效折射率与贴片间尺寸的对应关系；图5为本专利技术的电压驻波系数比(VSER)随频率变化的曲线图；图6为本专利技术的端射方向上的增益随频率变化的曲线图；图7为本专利技术在2GHz频点的E面和H面的辐射方向图；图8为本专利技术在3GHz频点的E面和H面的辐射方向图；图9为本专利技术在4GHz频点的E面和H面的辐射方向图；图10为本专利技术在5GHz频点的E面和H面的辐射方向图；图11为本专利技术在5.6GHz频点的E面和H面的辐射方向图；其中：1-平面偶极子、2-贴片、3-同轴线、4-介质基板。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术天线的整体示意图，如图1所示：本专利技术的一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，包括表面波发射器部分、表面波波导部分、介质基板和同轴线这四个部分。其中，表面波发射器部分设置在介质基板之上，包含有超宽带平面偶极子；所述表面波波导部分设置在介质基板之上，包含有多种尺寸(折射率)、单元周期相同的贴片，引导表面波在表面传播，使得天线在1.85—5.65GHz频段具有良好的阻抗匹配特性。介质基板的上表面周期性贴片按一定规律对称放置在平面偶极子的两侧，周期性贴片凭借其等效折射率的排布，有效地引导了表面波的传播方向，使得平面偶极子的全向性方向图变为双端射的辐射方向图。我们发现利用超表面的这一方案，不仅能拓展平面偶极子的带宽，还能在一定范围内使天线保持良好的高增益性能。介质基板为薄长方体型基板，本实施例中，其长度l为63mm，宽度w为108mm，厚度h为1mm，材料型号选用了TACONICCER-10，相对介电常数为10，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.035，介质基板上表面的平面偶极子和周期性贴片结构均为厚度相同的覆铜薄膜。下面通过具体实施例来对本专利技术的具体方案进行说明。参见图1，图2，图3。其中，1-平面偶极子、2-按一定规律排布的周期性贴片、3-同轴线、4-介质基板。所述的介质基板4上表面紧贴平面偶极子1和周期性贴片2，同轴线3的内芯与平面偶极子的一个臂连接，馈线的外导体与平面偶极子的另一个臂连接。介质基板4为薄长方体，其长为l，宽为w，厚度为h，采用型号为TACONICCER-10的制作材料，其相对介电常数为10，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.035。完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS16.0进行仿真分析，经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如表1所示：表1本专利技术各参数最佳尺寸表依照上述参数，使用HFSS16.0对所设计的基于调制超表面的超宽带双端射天线的电压驻波比(VSWR)，方向辐射增益等特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：图4为本专利技术的贴片形单元的等效折射率与贴片间尺寸的变化曲线其中，nsw表示等效折射率，nsw的变化范围在1.1到1.45之间。图5为本专利技术的电压驻波系数比(VSWR)随频率变化的曲线图，当天线的VSWR<2时，本天线的阻抗带宽为范围1.85-5.65GHz。图6为本专利技术的端射方向上的增益随频率变化的曲线图，当带宽为1.85-5.65GHz时，其增益变化范围从2.1dBi到7.32dBi。图7-图11为本专利技术在2GHz、3GHz、4GHz、5GHz、5.6GHz五个频率点的辐射方向图，从图中可以看出，在低频处，天线呈现出偶极子的全向性方向图；随频率的增加，天线方向图逐渐变为双端射辐射特性，且在一定频段内保持良好的双端射现象。综上所述，该天线剖面高度低，频率覆盖范围由1.85GHz到5.65GHz，有效覆盖了WLAN的低频段(2.4/5.2/5.8GHz)和WiMAX频段(2.5/3.5/5.5GHz)，具有良好的电压驻波特性与较好且稳定的辐射方向图。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，其特征在于：该天线包含表面波发射器、表面波波导、介质基板和同轴线；所述介质基板表面呈矩形，所述同轴线设置在所述介质基板的中心位置；所述表面波发射器设置在所述介质基板上，所述表面波发射器包含平面偶极子，所述平面偶极子设置在整个介质基板的中间位置，且所述平面偶极子关于所述同轴线呈镜像对称；所述表面波波导设置在所述介质基板的两侧，所述表面波波导包含多种尺寸、单元周期相同的贴片，所述表面波波导的贴片布置关于所述同轴线呈镜像对称。

【技术特征摘要】
1.一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，其特征在于：该天线包含表面波发射器、表面波波导、介质基板和同轴线；所述介质基板表面呈矩形，所述同轴线设置在所述介质基板的中心位置；所述表面波发射器设置在所述介质基板上，所述表面波发射器包含平面偶极子，所述平面偶极子设置在整个介质基板的中间位置，且所述平面偶极子关于所述同轴线呈镜像对称；所述表面波波导设置在所述介质基板的两侧，所述表面波波导包含多种尺寸、单元周期相同的贴片，所述表面波波导的贴片布置关于所述同轴线呈镜像对称。2.根据权利要求1所述的一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，其特征在于：所述同轴线包括内芯、介质层与外导体，内芯与平面偶极子的一个臂连接，馈线的外导体与平面偶极子的另一个臂连接。3.根据权利要求1所述的一种基于调制超表面的超宽带双端射天线，其特征在于：所述介质基板长度为105mm～110mm，宽度为60mm～65mm，其厚度为0.8mm～1.2mm。4.根据权利要求3所述的一种基于调制超...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，张艺曼，唐明春，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50