基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，包括堆叠设置的第一介质基板及第二介质基板，所述第一介质基板的上表面印制金属超表面结构，所述金属超表面结构相邻单元间加载二氧化钒薄膜，所述第二介质基板上表面印制金属地板，所述金属地板刻蚀耦合缝隙，所述第二介质基板设有SIW馈电结构，所述SIW馈电结构与微带线结构连接。该天线能够在低损耗、低剖面的情况下，实现在毫米波频段的三种极化可重构，极化类型分别为线极化、左旋圆极化、右旋圆极化，且开关速度更快，隔离度更高。度更高。度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线


[0001]本专利技术涉及天线领域，特别涉及一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线。

技术介绍

[0002]现代通信系统为实现对多种业务类型的支持，通常需要多套电路和天线，这带来了多天线集成问题。可重构天线可以实时改变性能参数(如工作频率、辐射方向图、极化方式等)，有利于多功能无线通信系统的集成化和小型化，是新型天线的发展方向之一。可重构天线需要需要加载控制器件来实现功能切换，但在毫米波频段，传统控制器如PIN二极管、变容二极管等性能出现恶化。二氧化钒是一种相变材料，其在相变过程中自身的电阻率可以发生几个数量级的变化，因此可以用作开关器件。作为一种新型的开关器件，二氧化钒在毫米波频段下具有低损耗、高隔离度的良好性能，因而得到了越来越多的研究。
[0003]近年来，超材料因其独特的电磁特性而成为研究热点。超表面作为超材料的二维形式，具有低剖面，低损耗，低成本和易于加工的特点。将二氧化钒与超表面结合，构成可重构超表面，就可以用于构成毫米波的可重构天线(Yang W,Zhou C,Xue Q,etal.Millimeter
‑
Wave Frequency
‑
Reconfigurable Metasurface Antenna Based on Vanadium Dioxide Films[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2021,69(8):4359
‑
4369.)。然而，目前基于二氧化钒薄膜的毫米波可重构天线多为频率可重构天线，还不能实现极化可重构，且天线剖面普遍较高，不能实现低剖面。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，该天线能够在低损耗、低剖面的情况下，实现毫米波极化可重构。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，包括堆叠设置的第一介质基板及第二介质基板，所述第一介质基板的上表面印制金属超表面结构，所述第二介质基板上表面印制金属地板；
[0007]所述金属超表面结构包括M*N个呈阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括一个中心矩形贴片和四个位于四角的矩形贴片，中心矩形贴片通过渐变微带线分别与四角的矩形贴片连接，所述中心矩形贴片通过二氧化钒薄膜和弯折微带线与相邻的超表面单元连接，所述二氧化钒薄膜设置在第一介质基板的正45
°
对角线方向及负45
°
对角线方向。
[0008]进一步，当正45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为导体而负45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为绝缘体时，天线的极化方式为左旋圆极化；
[0009]当正45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为绝缘体而负45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为导体时，天线的极化方式为右旋旋圆极化；
[0010]当所述二氧化钒薄膜均为绝缘体时，天线的极化方式为线极化。
[0011]进一步，所述二氧化钒薄膜设置在中心矩形贴片与弯折微带线之间，所述二氧化钒薄膜的形状为矩形结构或交指型结构。
[0012]进一步，所述金属地板蚀刻耦合缝隙。
[0013]进一步，所述耦合缝隙为直线型缝隙，金属超表面结构的长宽排列方向均与直线型缝隙的长度方向呈45度夹角。
[0014]进一步，所述第二介质基板设置SIW馈电结构。
[0015]进一步，所述SIW馈电结构内对称设置两个金属柱。
[0016]进一步，所述SIW馈电结构通过过渡结构与微带线结构连接。
[0017]进一步，所述SIW馈电结构内设置耦合缝隙。
[0018]一种通信设备，包括所述的低剖面极化可重构毫米波天线。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0020](1)本专利技术提出的基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，当二氧化钒薄膜的状态在导体和绝缘体间切换时，其极化方式可在左旋/右旋圆极化和线极化之间进行切换；
[0021](2)相比于一般可重构天线用到的半导体开关，MEMS开关和其他的相变材料，二氧化钒薄膜的损耗更小，开关速度更快，隔离度更高；
[0022](3)本专利技术提出的基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，具有低剖面的特性，厚度仅为0.075λ；
[0023](4)本专利技术提出的基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，具有高增益的特性。当天线处于左旋/右旋圆极化状态时，天线带内最大增益为6.5dBi。当天线处于线极化状态时，天线带内最大增益为7dBi。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的三维图；
[0025]图2是本专利技术的超表面单元结构图；
[0026]图3是本专利技术的侧视图；
[0027]图4是本专利技术的俯视图；
[0028]图5是本专利技术的超表面单元的俯视图；
[0029]图6是本专利技术的SIW馈电结构示意图；
[0030]图7是本专利技术在左旋圆极化状态时的反射系数曲线和增益曲线；
[0031]图8是本专利技术在左旋圆极化状态时的轴比曲线；
[0032]图9是本专利技术在左旋圆极化状态时的方向图；
[0033]图10是本专利技术在线极化状态时的反射系数曲线和增益曲线；
[0034]图11是本专利技术在线极化状态时的方向图。
具体实施方式
[0035]下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0036]图1
‑
图3所示，一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，包括上下
堆叠设置的第一介质基板1及第二介质基板2，所述第一介质基板1的上表面印制金属超表面结构3。
[0037]如图4所示，所述金属超表面结构3由M*N个呈阵列排布的超表面单元8构成，在本实施例中，金属超表面结构由4*4个超表面单元8构成，如图5所示，所述超表面单元8包括一个中心矩形贴片9和四个位于四角的矩形贴片10，所述中心矩形贴片9分别和四个位于四角的矩形贴片10通过渐变微带线11连接，本实施例中渐变微带线11由中心矩形贴片9到四角矩形贴片10的宽度逐渐增加。所述中心矩形贴片9在四条边的中心位置镀有二氧化钒薄膜12；具体在水平与垂直维度，相邻超表面单元8通过二氧化钒薄膜及弯折微带线13连接。
[0038]所述二氧化钒薄膜的形状为矩形结构或交指型结构，但形状不限于此。
[0039]进一步，所述超表面单元8的边长a为0.01λ～λ，所述中心矩形贴片9的边长c为0.005λ～0.5λ，所述位于四角的矩形贴片10的边长b为0.001λ～0.1λ，所述渐变微带线11的尺寸w2为0.00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钒薄膜的低剖面极化可重构毫米波天线，其特征在于，包括堆叠设置的第一介质基板及第二介质基板，所述第一介质基板的上表面印制金属超表面结构，所述第二介质基板上表面印制金属地板；所述金属超表面结构包括M*N个呈阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括一个中心矩形贴片和四个位于四角的矩形贴片，中心矩形贴片通过渐变微带线分别与四角的矩形贴片连接，所述中心矩形贴片通过二氧化钒薄膜和弯折微带线与相邻的超表面单元连接，所述二氧化钒薄膜设置在第一介质基板的正45
°
对角线方向及负45
°
对角线方向。2.根据权利要求1所述的低剖面极化可重构毫米波天线，其特征在于，当正45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为导体而负45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为绝缘体时，天线的极化方式为左旋圆极化；当正45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为绝缘体而负45
°
对角线方向的二氧化钒薄膜为导体时，天线的极化方式为右旋旋圆极化；当两个方向的二氧化钒薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琬琛，马苏武，陈佳乐，车文荃，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：