基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线制造技术

本发明专利技术提出了一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，包括采用层叠的两个介质基板；第一介质基板上表面印制有由四个辐射单元组成的混合嵌入式超表面辐射结构，第二介质基板上下表面分布印制有金属地板和馈电网络；每个辐射单元包括十字形贴片及其四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片，相邻辐射单元共用三个矩形贴片。本发明专利技术在超表面辐射体中通过十字形贴片与矩形贴片形成的缝隙，形成边缘电容来增大辐射体的等效电容，降低谐振频率，每个模式下表面辐射体的电流更加集中，使得天线的辐射结构更加紧凑，有效减小了圆极化天线的尺寸，实现了小型化，可以用于卫星与手持通讯系统。可以用于卫星与手持通讯系统。可以用于卫星与手持通讯系统。

【技术实现步骤摘要】
基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线


[0001]本专利技术属于电子
，涉及一种微型宽带圆极化天线，具体涉及一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线。

技术介绍

[0002]圆极化(CP)天线通常用于多种应用，包括传感器、射频识别(RFID)、卫星通信和雷达系统，因为它们在减轻多路径效应和偏振失配损失方面有重要贡献。到目前为止，研究人员已经研究了多种CP天线，如双波段共享孔径天线、低轮廓宽带天线、高效紧凑型天线、高增益天线、宽波束微带天线、硅太阳能电池集成天线等。然而，在小型卫星和用户终端等情况下，由于空间较小，同时需要尺寸紧凑、重量轻、高增益的宽带CP天线。因此，在保持高增益和宽带宽的同时实现CP天线的小型化是一个巨大的挑战。
[0003]近年来，超表面天线(MTS)天线因其低轮廓、低损耗、高增益、宽带宽等优点引起了人们的广泛关注。超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料，超表面可视为超材料的二维对应结构。超表面天线采用周期性的贴片单元，可以在实现低剖面的同时获得较宽的带宽和良好的辐射特性。
[0004]例如Xi Gao等人在其发表的论文“A Low
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Profifile Broadband Circularly Polarized Patch Antenna Based on Characteristic Mode Analysis"IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS,VOL.20,NO.2,FEBRUARY2021.)中，提出了一种基于特征模态分析的方法，采用十三个方形贴片，每个方形边长为8.7mm，采用斑块阵列排布，实现了一种用于圆极化的低剖面和宽带的超表面天线。该天线的
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10dB阻抗带宽为4.8～6.35GHz，相对带宽为27.80％，3dB的轴向比带宽为4.9～6GHz，相对带宽为20.18％。但是其在不同模式的辐射下，有部分贴片上没有电流经过，导致辐射结构的利用率降低，进而导致辐射结构口径过大，为55mm*55mm。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，旨在保持较宽的带宽和良好的辐射特性的前提下，实现圆极化天线的小型化。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，包括上下层叠的正方形第一介质基板1和正方形第二介质基板2；所述第一介质基板1的上表面印制有超表面辐射体3，所述第二介质基板2的上表面印制有中心位置设置有十字耦合缝隙的金属地板4，下表面印制有馈电结构5，所述超表面辐射体3包括四个辐射单元，每个辐射单元包括十字形贴片，该十字形贴片的四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片；所述四个辐射单元关于第一介质基板1的中心法线旋转对称，相邻辐射单元相差90
°
且共用三个矩形贴片，四个辐射单元形成混合嵌入式结构。
[0008]上述基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，所述的超表面辐射体3，每个辐射单元的十字形贴片，由两条微带线垂直交叉而成，且该两条微带线分别与第一介质基板1的两条对角线平行。
[0009]所述金属地板4，其中心位置设置的十字耦合缝隙的中心位于金属地板4的中心法线上。
[0010]所述馈电结构5，采用由五段微带线连接而成的逆时针螺旋结构，所述五段微带线包括与馈源相接的微带线、三段λ/4微带线和阻抗匹配微带线，相邻微带线之间加载有矩形金属贴片，且与馈源相接的微带线和阻抗匹配微带线平行，其中λ表示中心频率波长。
[0011]所述馈电结构5，其中相邻微带线之间加载的矩形金属贴片，以及阻抗匹配微带线，分别于金属地板4上设置的十字耦合缝隙在空间上交叉。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0013]本专利技术第一介质基板的上表面印制有由四个辐射单元组成的超表面辐射体，每个辐射单元包括十字形贴片，该十字形贴片的四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片；所述四个辐射单元关于第一介质基板的中心法线旋转对称，相邻辐射单元相差90
°
且共用三个矩形贴片，四个辐射单元形成混合嵌入式结构，在超表面辐射体中通过十字形贴片与矩形贴片形成的缝隙，形成边缘电容来增大辐射体的等效电容，降低谐振频率，每个模式下表面辐射体的电流更加集中，提高辐射结构的利用率，使得圆极化天线的结构更加紧凑，有效减小了圆极化天线辐射结构口径的尺寸，实验结果表明，本专利技术与现有技术相比，辐射结构口径27.64mm*27.64mm，实现了小型化。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0015]图2为本专利技术混合嵌入式超表面结构的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术辐射单元的结构示意图及其等效电路。
[0017]图4为本专利技术馈电结构的结构示意图。
[0018]图5为本专利技术实施例辐射体的特征模分析的远场辐射模式及电流示意图。
[0019]图6为本专利技术混合嵌入式超表面体的特征模分析模态特征图。
[0020]图7为本专利技术实施例仿真及实物测量的回波损耗图。
[0021]图8为本专利技术实施例仿真及实物测量的轴比图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。
[0023]参照图1，本专利技术包括上下层叠的正方形第一介质基板1和正方形第二介质基板2。
[0024]所述第一介质基板1与第二介质基板2均采用FR4材料，相对介电常数[4.4,0.002],且边长W均为27.64mm，上层介质基板厚度为4mm，下层介质基板厚度为1mm
[0025]所述第一介质基板1的上表面印制有超表面辐射体3，所述第二介质基板2的上表面印制有中心位置设置有十字耦合缝隙的金属地板4，下表面印制有馈电结构5，所述超表面辐射体3包括四个辐射单元，每个辐射单元包括十字形贴片，该十字形贴片的四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片；所述四个辐射单元关于第一介
质基板1的中心法线旋转对称，相邻辐射单元相差90
°
且共用三个矩形贴片，四个辐射单元形成混合嵌入式结构。共用的十二个矩形金属贴片恰组成垂直交叉的十字形，与金属地板上的十字耦合缝隙存在空间位置上的重叠，以进行耦合馈电。
[0026]所述的超表面辐射体3，其结构如图2所示，包括四个辐射单元，其中位于同一条对角线上的矩形贴片的中心距为d＝26mm。
[0027]所述的辐射单元，其结构如图3(a)所示，每个辐射单元包括十字形贴片，该十字形贴片的四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片，其中十字形贴片由两条尺寸相同的微带线垂直交叉而成，且该两条微带线分别与第一介质基板1的两条对角线平行，其中微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，包括上下层叠的正方形第一介质基板(1)和正方形第二介质基板(2)；所述第一介质基板(1)的上表面印制有超表面辐射体(3)，所述第二介质基板(2)的上表面印制有中心位置设置有十字耦合缝隙的金属地板(4)，下表面印制有馈电结构(5)，其特征在于，所述超表面辐射体(3)包括四个辐射单元，每个辐射单元包括十字形贴片，该十字形贴片的四个空间位置以及每个贴片枝节的自由端位置各设置有一个矩形贴片；所述四个辐射单元关于第一介质基板(1)的中心法线旋转对称，相邻辐射单元相差90
°
且共用三个矩形贴片，四个辐射单元形成混合嵌入式结构。2.根据权利要求1所述的一种基于混合嵌入式超表面结构的微型宽带圆极化天线，所述的超表面辐射体(3)，其特征在于，每个辐射单元的十字形贴片，由两条微带线垂直交叉而成，且该两条...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彬，李娜，饶鑫，单玉玉，赵驰，徐博楠，张静柯，余川东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：