基于阶梯化超表面的天线单元制造技术

本发明专利技术公开了基于阶梯化超表面的天线单元，包括依次堆叠设置的第一金属板、下方介质基板、第二金属板和上方介质基板；所述第一金属板和第二金属板之间设置有基片集成波导馈线；所述金属板蚀刻有所述馈电缝隙；所述上方介质基板设置有单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构；所述馈电缝隙由所述基片集成波导馈线激励，进而激励上方单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构并产生线极化辐射；在保证较宽的阻抗带宽的同时实现波束偏转及宽波束性能。转及宽波束性能。转及宽波束性能。

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯化超表面的天线单元


[0001]本专利技术属于毫米波通信
，具体涉及基于阶梯化超表面的天线单元。

技术介绍

[0002]随着第五代(5G)无线通信系统发展，5G网络建设和终端设备已逐步定型并步入商用阶段。与5G时代不同，6G网络建设的核心在于卫星互联网技术，致力于构建一体化网络，实现真正意义上的全球无缝覆盖。6G时代，毫米波将是星间链路、用户链路、馈电链路的首选宽带传输技术。而无线电波在毫米波频段面临的路径损耗和有限散射问题，可以通过相控阵技术解决，在方位面和俯仰面实现大范围波束扫描。利用超表面在丰富的电磁特性，可实现天线的高增益、宽频、小型化、低剖面、低互耦等性能，实现宽带、高效率的定向辐射。针对毫米波相控阵应用，结合封装工艺，探索可适用于大型相控阵的结构紧凑超表面天线的研究,对推动毫米波通信技术发展具有重要的价值和意义。
[0003]但目前毫米波相控阵技术还不够成熟，由阵元间耦合效应导致的大角扫描增益衰减严重的问题，毫米波通信仍旧面临着波束扫描范围窄、宽角扫描时性能恶化严重的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于阶梯化超表面的天线单元，在保证较宽的阻抗带宽的同时实现波束偏转及宽波束性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术第一方面提供了：
[0006]基于阶梯化超表面的天线单元，包括依次堆叠设置的第一金属板、下方介质基板、第二金属板和上方介质基板；所述第一金属板和第二金属板之间设置有基片集成波导馈线；所述金属板蚀刻有所述馈电缝隙；<br/>[0007]所述上方介质基板设置有单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构；所述馈电缝隙由所述基片集成波导馈线激励，进而激励上方单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构并产生线极化辐射。
[0008]优选的，所述基片集成波导馈线包括多个金属过孔A；所述金属过孔A嵌入于所述下方介质基板内；所述金属过孔A一端连接所述第一金属板，所述金属过孔A另一端连接所述第二金属板；多个金属过孔A排列分布为U字型；所述馈电缝隙设置于U字型的基片集成波导馈线内。
[0009]优选的，所述上方介质基板沿竖直方向分为多层介质子板；所述上方介质基板上设有M
×
N矩阵分布的金属贴片；相邻两列金属贴片由介质子板隔开形成单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构。
[0010]优选的，各列金属贴片高度由单侧阶梯化超表面结构一侧向另一侧逐级递增。
[0011]优选的，相邻两列金属贴片之间由多个介质子板隔开，通过调节相邻两列金属贴片之间介质子板的数量改变单侧阶梯化超表面结构发射波束偏转角，其中相邻两列金属贴片之间介质子板的数量越多单侧阶梯化超表面结构发射波束偏转角越大。
[0012]优选的，所述馈电缝隙偏离基片集成波导馈线中心；且所述馈电缝隙偏离基片集成波导馈线中心距离越远，单侧阶梯化超表面结构发射波束偏转角度越大。
[0013]优选的，各列金属贴片高度由双侧阶梯化超表面结构两侧侧向双侧阶梯化超表面结构中间逐级递增，双侧阶梯化超表面结构的金属贴片呈对称周期排列；
[0014]优选的，所述双侧阶梯化超表面结构共有M/4+1层阶梯，第一层阶梯和最后一层阶梯为2
×
N个金属贴片，中间每层阶梯有4
×
N个金属贴片；中间每层阶梯中2
×
N个金属贴片与相邻上一层阶梯中金属贴片通过金属过孔B相连；中间每层阶梯中2
×
N个金属贴片与相邻下一层阶梯中金属贴片通过金属过孔B相连；所述金属过孔B设置于所述介质子板内。
[0015]优选的，所述馈电缝隙与所述双侧阶梯化超表面结构中心相对应。
[0016]优选的，所述下方介质基板包括多层介质子板，介质子板沿水平方向设置；所述介质子板的介电常数为5.9，厚度为0.094mm；所述第一金属板和第二金属板的厚度为0.008mm。
[0017]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0018]本专利技术中所述上方介质基板设置有单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构；所述馈电缝隙由所述基片集成波导馈线激励，进而激励上方单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构并产生线极化辐射；通过调整单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构使各缝隙的辐射方向发生偏转，从而实现波束指向的控制。
[0019]本专利技术中中间每层阶梯中2
×
N个金属贴片与相邻上一层阶梯中金属贴片通过金属过孔B相连；中间每层阶梯中2
×
N个金属贴片与相邻下一层阶梯中金属贴片通过金属过孔B相连；所述金属过孔B设置于所述介质子板内；通过设置金属过孔B，引入垂直电流，增强水平方向的辐射强度，实现天线单元的合成方向图的波束宽度的展宽。
[0020]本专利技术中第一金属板、下方介质基板、第二金属板和上方介质基板依次设置，所述第一金属板和第二金属板之间设置有基片集成波导馈线；所述金属板蚀刻有所述馈电缝隙；所述上方介质基板设置有单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构；具有尺寸小、剖面低、结构简单、设计灵活的特点，且能实现较宽的波束展宽和波束控制，可以改善毫米波相控阵宽角扫描的性能因而可以实现大规模生产。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1中基于阶梯化超表面的天线单元的结构三维示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例1中基于阶梯化超表面的天线单元的侧视图；
[0023]图3是本专利技术实施例1中基于阶梯化超表面的的波束偏转天线的俯视图及尺寸示意图；
[0024]图4是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的天线单元的结构三维示意图；
[0025]图5是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的天线单元的侧视图；
[0026]图6是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的天线单元的俯视图及尺寸示意图；
[0027]图7是本专利技术实施例1中基于阶梯化超表面的天线单元的S参数的结果图；
[0028]图8是本专利技术实施例1中基于阶梯化超表面的天线单元的辐射方向图；
[0029]图9是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的天线单元的S参数的结果图；
[0030]图10是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的天线单元的辐射增益的结果图；
[0031]图11是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的宽波束天线在中心频率71GHz的主极化和交叉极化方向图；
[0032]图12是本专利技术实施例2中基于阶梯化超表面的宽波束天线和微带贴片天线波束宽度的比较图；
[0033]图中：1第一金属板、2下方介质基板、3第二金属板、4上方介质基板、5基片集成波导馈线、6馈电缝隙、7金属贴片、8金属过孔B。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0035]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阶梯化超表面的天线单元，其特征在于，包括依次堆叠设置的第一金属板、下方介质基板、第二金属板和上方介质基板；所述第一金属板和第二金属板之间设置有基片集成波导馈线；所述金属板蚀刻有所述馈电缝隙；所述上方介质基板设置有单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构；所述馈电缝隙由所述基片集成波导馈线激励，进而激励上方单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构并产生线极化辐射。2.根据权利要求1所述的基于阶梯化超表面的天线单元，其特征在于，所述基片集成波导馈线包括多个金属过孔A；所述金属过孔A嵌入于所述下方介质基板内；所述金属过孔A一端连接所述第一金属板，所述金属过孔A另一端连接所述第二金属板；多个金属过孔A排列分布为U字型；所述馈电缝隙设置于U字型的基片集成波导馈线内。3.根据权利要求2所述的基于阶梯化超表面的天线单元，其特征在于，所述上方介质基板沿竖直方向分为多层介质子板；所述上方介质基板上设有M
×
N矩阵分布的金属贴片；相邻两列金属贴片由介质子板隔开形成单侧阶梯化超表面结构或双侧阶梯化超表面结构。4.根据权利要求3所述的基于阶梯化超表面的天线单元，其特征在于，各列金属贴片高度由单侧阶梯化超表面结构一侧向另一侧逐级递增。5.根据权利要求4所述的基于阶梯化超表面的天线单元，其特征在于，相邻两列金属贴片之间由多个介质子板隔开，通过调节相邻两列金属贴片之间介质子板的数量改变单侧阶梯化超表面结构发射波束偏转角，其中相邻两列金属贴片之间介质子板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琬琛，刘旭夫，陈东旭，石楠，刘浩田，陈嘉琪，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：