一种宽带毫米波超表面天线制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带毫米波超表面天线，包括第一介质基板、半固化片、第二介质基板、印刷在第一介质基板底部的第一金属结构、印刷在第一介质基板顶部的第二金属结构、印刷在第二介质基板顶部的第三金属结构、以及分布在第一介质基板上的金属通孔；第二金属结构上刻蚀了缝隙槽，其中心与第三金属结构对齐；第三金属结构由M

【技术实现步骤摘要】
一种宽带毫米波超表面天线


[0001]本专利技术涉及电磁超表面应用领域，特别是涉及一种宽带毫米波超表面天线。

技术介绍

[0002]电磁超表面是一种人工构建的二维结构，其通常是由亚波长结构周期排列构成。其亚波长结构往往可以带来与传统设计所不同的电磁特性。基于此，近些年越来越多关于电磁超表面的进展都得到报导。其中超表面天线就是关于电磁超表面应用的一个重要分支。
[0003]超表面天线最吸引人的特征是其宽带特性，这归因于电磁超表面可以同时激发多种模式，如TM10模和反相TM20模；或TE模和TM模。配合多种模式，超表面天线通常获得大约30％的阻抗带宽。在超表面激励模式的基础上，通过额外引入孔径模式，设计的阻抗带宽可增加到44％。可以看出，在宽带超表面天线设计中激发多种模式以增加阻抗带宽是一种有效的技术。
[0004]值得注意的是，目前大多数关于超表面天线的专利技术都工作在sub
‑
6GHz频段。随着毫米波通信系统的飞速发展，目前毫米波天线受到了广泛的关注。而目前适用于毫米波通信的超表面天线专利技术较少。并且其阻抗带宽往往小于40％。综上所述，目前毫米波超表面天线仍然很大的发展空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于突破传统设计的限制，进一步提高毫米波超表面天线的带宽，提供一种宽带超表面天线设计。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种宽带毫米波超表面天线，包括第一介质基板、半固化片、第二介质基板、印刷在第一介质基板底部的第一金属结构、印刷在第一介质基板顶部的第二金属结构、印刷在第二介质基板顶部的第三金属结构、以及分布在第一介质基板上的金属通孔；第二金属结构上刻蚀了缝隙槽，其中心与第三金属结构对齐；第三金属结构由M
×
N的金属长方体构成，M≥2，N≥2，相邻金属长方体有间距。
[0007]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0008](1)本专利技术将超表面天线辐射结构和馈电结构进行分离，馈电网络可以方便地进行扩展，构建更大的阵列，能够更好地满足毫米波天线高增益的需求。
[0009](2)其阻抗带宽极宽，在18.5GHz到42.9GHz的频带范围内反射系数都小于
‑
10dB，相对阻抗带宽为79％；远远超出了目前毫米波超表面天线专利技术所能取得的效果。
附图说明
[0010]图1为本专利技术宽带毫米波超表面天线的立体图。
[0011]图2为本专利技术宽带毫米波超表面天线的反射系数和增益示意图。
[0012]图3为本专利技术宽带毫米波超表面天线的设计过程示意图。
[0013]图4为本专利技术宽带毫米波超表面天线在不同设计阶段的反射系数和增益变化示意图。
[0014]图5为本专利技术宽带毫米波超表面天线在不同设计阶段的输入阻抗变化示意图。
[0015]图6为本专利技术宽带毫米波超表面天线在三个谐振点的场示意图。
[0016]图7为本专利技术宽带毫米波超表面天线仿真与测试的反射系数和增益对比图。
[0017]图8为本专利技术宽带毫米波超表面天线仿真与测试的E面方向图对比。
[0018]图9为本专利技术宽带毫米波超表面天线仿真与测试的H面方向图对比。
具体实施方式
[0019]目前大多数关于超表面天线的专利技术都工作在sub
‑
6GHz频段。随着毫米波通信系统的飞速发展，目前毫米波天线受到了广泛的关注。而目前适用于毫米波通信的超表面天线专利技术较少。并且其阻抗带宽往往小于40％。
[0020]本专利技术提供一种宽带毫米波超表面天线，主要由基片集成波导馈电结构、耦合缝隙、以及超表面天线构成；能量由基片集成波导馈入以后，通过缝隙对超表面天线进行耦合馈电。
[0021]首先构建基片集成波导馈电结构；其由第一介质基板1以及印刷在第一介质基板1底部的第一金属结构4、印刷在第一介质基板1顶部的第二金属结构5组成；另外在第一介质基板1上有两排金属通孔6，模拟传统波导的两个侧壁。最终由顶部和底部的金属接口和两排金属通孔6，构建准封闭的基片集成波导传输结构。
[0022]随后，在基片集成波导终端加一排金属通孔，进行短路处理，并在顶部的金属层进行刻蚀，挖出缝隙槽7。在缝隙槽7的上方依次是用于粘合的半固化片2和用于印刷超表面天线的第二介质基板3。
[0023]最终超表面天线由M
×
N的金属长方体9构成，并印刷在第二介质基板3的顶部，M≥2，N≥2，优选的，采用3
×
3的金属长方体9结构。
[0024]进一步地，所述的第一介质基板1材料为Rogers RT/duroid 5880，尺寸为7.2mm*8.0mm*0.787mm。
[0025]进一步地，所述的第二介质基板3材料为Rogers RT/duroid 5880，尺寸为7.2mm*8.0mm*1.524mm。
[0026]进一步地，所述的半固化片2材料为Rogers 4450B，尺寸为7.2mm*8.0mm*0.1mm。
[0027]进一步地，所述的第一介质基板1顶层和底层的金属结构，第二介质基板3顶层的第三金属结构8材质均为铜，厚度为0.035mm。
[0028]进一步地，所述的金属通孔6沿直线排列且总共有三列，其中两列平行，另一列与其余两列垂直，金属通孔6直径为0.4mm，高度为0.787mm，相邻金属通孔6间距为0.8mm。
[0029]进一步地，所述的缝隙槽尺寸为5mm*0.76mm，缝隙槽7的长、短边与两边金属通孔的距离分别为0.43mm和0.1mm。
[0030]进一步地，所述的金属长方体9尺寸为1.15mm*1.15mm*0.035mm，相邻金属长方体间距为0.1mm。
[0031]下面参照附图，结合具体实施例，对本发现做进一步的详细说明。
[0032]实施例
[0033]如图1所示，本专利技术主要由基片集成波导馈电结构、耦合缝隙、以及超表面天线构成；其中基片集成波导馈电结构由第一介质基板1、印刷在第一介质基板1底部的第一金属结构4、印刷在第一介质基板1顶部的第二金属结构5、以及分布在第一介质基板1上的金属通孔6构成；超表面天线由半固化片2、第二介质基板3、印刷在第二介质基板3顶部的第三金属结构8构成。能量由基片集成波导馈入以后，通过缝隙对超表面天线进行耦合馈电。本专利技术宽带毫米波超表面天线仿真所得的反射系数和增益如图2所示。从18.5GHz到42.9GHz，S11都小于
‑
10dB，对应的阻抗带宽为79％。在目标频段内，本专利技术宽带毫米波超表面天线增益变化范围为5.7dBi到7.9dBi。
[0034]为了探索本专利技术的工作原理，这里将本专利技术的实施过程分解为状态1、状态2和状态3，如图3所示。在状态1中，缝隙槽上方的所有覆层都被移除。在此状态下，其结构工作原理类似横向缝隙天线。状态2是在状态1的基础上增加半固化片和介质基板，此时的工作原理类似于介质谐振天线。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带毫米波超表面天线，其特征在于，包括第一介质基板(1)、半固化片(2)、第二介质基板(3)、印刷在第一介质基板(1)底部的第一金属结构(4)、印刷在第一介质基板(1)顶部的第二金属结构(5)、印刷在第二介质基板(3)顶部的第三金属结构(8)、以及分布在第一介质基板(1)上的金属通孔(6)；第二金属结构(5)上刻蚀了缝隙槽(7)，其中心与第三金属结构(8)对齐；第三金属结构(8)由M
×
N的金属长方体(9)构成，M≥2，N≥2，相邻金属长方体(9)有间距。2.根据权利要求1所述的宽带毫米波超表面天线，其特征在于，所述的第一介质基板(1)材料为Rogers RT/duroid 5880。3.根据权利要求1所述的宽带毫米波超表面天线，其特征在于，所述的半固化片(2)材料为Rogers 4450B。4.根据权利要求1所述的宽带毫米波超表面天线，其特征在于，所述的第二介质基板(3)材料为Rogers RT/duroid 5880。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：连继伟，丁大志，陈如山，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：