基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线及通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线及通信设备，该天线包括超表面结构、第一介质板、第二介质板、第三介质板、馈电探针、短路金属柱、辐射结构、耦合结构、金属地板和激励端口；第一介质板、第二介质板和第三介质板从上到下依次层叠设置，超表面结构设置在第一介质板的上表面，辐射结构设置在第二介质板的上表面，耦合结构设置在第三介质板的上表面，金属地板设置在第三介质板的下表面，馈电探针的一端穿过第三介质板与激励端口相连，馈电探针的另一端穿过第二介质板与辐射结构接触，同时馈电探针与耦合结构接触，所述短路金属柱的两端分别与辐射结构、金属地板相连。本发明专利技术天线具有结构简单、高增益、宽频带和低剖面的优点。低剖面的优点。低剖面的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线及通信设备


[0001]本专利技术涉及一种滤波天线，尤其是一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线及通信设备，属于无线通信


技术介绍

[0002]随着无线通信技术的快速发展，天线作为射频前端的重要组成部分，正朝着小体积、低剖面和多功能方向发展。滤波天线由于具有紧凑的结构，低损耗和良好的频率选择性等优点，近年来受到业内的广泛关注。为了使天线实现滤波特性，最直接的设计方法是将滤波器集成到天线的馈电网络中，但是这种方法需要设计单独的滤波电路，因此占用较大的空间。为了实现集成化和小型化设计，目前多采用将滤波器与天线协同设计的结构。该结构可以降低天线的复杂度，进一步实现射频系统的小型化，具有重要的应用价值。
[0003]然而目前大多数的滤波天线主要辐射线极化波，圆极化天线可以接收任意方向的线极化波，同时减小极化失配，抑制多径衰落，在卫星通信、射频识别和导航系统中取得了广泛的应用。
[0004]2018年华南理工大学章秀银教授等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION上发表了题为“High
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Gain Filtering Patch Antenna Without Extra Circuit”的文章，该文章采用层叠的微带贴片结构实现了滤波特性，但该天线只辐射线极化波。
[0005]2019年Yan
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Ting Liu和Kwok Wa Leung在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION上发表了题为“Linearly and Circularly Polarized Filtering Dielectric Resonator Antennas”的文章，该文章采用介质谐振天线实现了线极化及圆极化滤波天线，但是该天线剖面较高，且轴比带宽仅为4.1%，增益较低。
[0006]中国专利文献CN110600875B提出了一种具有高选择性的低剖面圆极化滤波天线，该专利技术采用方形贴片作为辐射结构，实现的阻抗带宽范围为1.91
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2.07GHz (8%)，轴比带宽为1.94
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2.02GHz (4%)。然而该天线工作带宽较窄，增益较低。
[0007]目前结构简单、兼具宽带圆极化特性和高增益的滤波天线在现有技术中较少涉及。因此为了获得高增益、宽带宽的圆极化滤波天线，本专利技术提出了一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线，该天线采用超表面结构不仅使天线在高频获得增益零点，且展宽了传统圆极化天线带宽，天线采用圆极化特性和滤波特性协同设计的方式，具有简单的天线结构及较高的天线增益。
[0008]目前此领域大多是线极化滤波天线，具备宽带功能的滤波天线大多只辐射线极化波；滤波天线实现圆极化的方法较为复杂，需要额外的馈电结构才能够实现圆极化特性；圆极化滤波天线的带宽包括阻抗带宽、圆极化带宽及增益带宽较窄，难以满足宽带无线通信系统需求；传统单层的圆极化滤波天线增益较低，口径效率不高。
[0009]大多数滤波天线只辐射线极化波，滤波天线实现圆极化的结构较为复杂，需要额外的馈电结构；圆极化滤波天线的工作带宽较窄，难以满足宽带无线通信系统需求；单层圆
极化天线增益较低，口径效率不高。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线，该天线具有结构简单、高增益、宽频带和低剖面的优点。
[0011]本专利技术的另一目的在于提供一种包含上述高增益宽带圆极化滤波天线的通信设备。
[0012]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线，包括超表面结构、第一介质板、第二介质板、第三介质板、馈电探针、短路金属柱、辐射结构、耦合结构、金属地板和激励端口；所述第一介质板、第二介质板和第三介质板从上到下依次层叠设置，所述超表面结构设置在第一介质板的上表面，所述辐射结构设置在第二介质板的上表面，所述增益结构设置在第三介质板的上表面，所述金属地板设置在第三介质板的下表面，所述馈电探针的一端穿过第三介质板与激励端口相连，馈电探针的另一端穿过第二介质板与辐射结构接触，同时馈电探针与耦合结构接触，所述短路金属柱的两端分别与辐射结构、金属地板相连。
[0013]进一步的，所述超表面结构包括第一类金属贴片、第二类金属贴片和第三类金属贴片，所述第一类金属贴片、第二类金属贴片和第三类金属贴片组成一个4*4的超表面结构。
[0014]进一步的，所述第一类金属贴片为四个，四个第一类金属贴片分布在超表面结构的四个顶角；所述第二类金属贴片为八个，八个第二类金属贴片分布在超表面结构的四周；所述第三类金属贴片为四个，四个第二类金属贴片分布在超表面结构的中间。
[0015]进一步的，所述第一类金属贴片和第三类金属贴片为方形贴片，且第一类金属贴片的尺寸大于第三类金属贴片的尺寸，所述第二类金属贴片为矩形贴片，第二类金属贴片在水平方向上的长度与第三类金属贴片的边长相同，第二类金属贴片在垂直方向上的长度与第一类金属贴片的边长相同。
[0016]进一步的，所述辐射结构为辐射贴片，所述辐射贴片位于第二介质板上表面的中心位置。
[0017]进一步的，所述辐射贴片包括贴片本体和枝节，所述枝节加载在贴片本体上。
[0018]进一步的，所述贴片本体为一组对角被切除的正方形结构，所述枝节为矩形结构。
[0019]进一步的，所述耦合结构为金属贴片。
[0020]进一步的，所述耦合结构包括两个竖直部和一个水平部，所述水平部的两端分别与两个竖直部的一端相连，形成U形结构。
[0021]本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种通信设备，包括上述的高增益宽带圆极化滤波天线。
[0022]本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：本专利技术采用引入超表面结构的方法，使得天线的工作带宽得到大幅度提升，阻抗带宽、轴比带宽和增益带宽均优于现有技术，超表面结构可以有效改善天线表面电流分布，
从而提升天线增益，提升天线口径效率，且在工作频带内增益浮动小，具有平坦的增益和较宽的增益带宽，与现有具备宽带性能的滤波天线大多只辐射线极化波相比，本专利技术不需要额外的馈电结构即可实现圆极化特性，设计方法简单，结构紧凑；此外，本专利技术在未引入额外滤波电路的前提下，同时实现良好的滤波特性，可有效减小插入损耗，降低设计复杂性，且可通过调节超表面结构和U形结构的金属贴片尺寸独立调整各增益零点频率，设计自由度高。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线，其特征在于，包括超表面结构、第一介质板、第二介质板、第三介质板、馈电探针、短路金属柱、辐射结构、耦合结构、金属地板和激励端口；所述第一介质板、第二介质板和第三介质板从上到下依次层叠设置，所述超表面结构设置在第一介质板的上表面，所述辐射结构设置在第二介质板的上表面，所述耦合结构设置在第三介质板的上表面，所述金属地板设置在第三介质板的下表面，所述馈电探针的一端穿过第三介质板与激励端口相连，馈电探针的另一端穿过第二介质板与辐射结构接触，同时馈电探针与耦合结构接触，所述短路金属柱的两端分别与辐射结构、金属地板相连。2.根据权利要求1所述的高增益宽带圆极化滤波天线，其特征在于，所述超表面结构包括第一类金属贴片、第二类金属贴片和第三类金属贴片，所述第一类金属贴片、第二类金属贴片和第三类金属贴片组成一个4*4的超表面结构。3.根据权利要求2所述的高增益宽带圆极化滤波天线，其特征在于，所述第一类金属贴片为四个，四个第一类金属贴片分布在超表面结构的四个顶角；所述第二类金属贴片为八个，八个第二类金属贴片分布在超表面结构的四周；所述第三类金属贴片为四个，四个第二类金属贴片分布在超表面结构的中间。4.根据权利要求2
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3任一项所述的高增益...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁康，陈锦浩，吴多龙，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：