【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线，具体涉及多模谐振的宽带小型超表面天线。
技术介绍
1、小型天线和宽频天线在无线通信领域具有重要的应用。对于小型天线，需求主要体现在空间限制、低功耗和多频段支持方面。小型天线可以在有限的空间内实现高效的无线通信，使得设备更加紧凑和便携。同时，小型天线可以减少能量损耗，延长设备的电池寿命，提高设备的可靠性和稳定性。此外，小型天线还可以设计成支持多频段的结构，提高设备的灵活性和兼容性。
2、宽频天线在无线通信中也具有重要的需求，主要体现在数据传输速率、多通信标准支持和抗干扰性能方面。宽频天线可以提供更大的频带宽度，实现更高的数据传输速率，满足对高速通信的需求。同时，宽频天线可以设计成支持多种通信标准的结构，提高设备的互联互通能力。此外，宽频天线具有较好的抗干扰性能，减少外界干扰对通信质量的影响，提高设备的稳定性和可靠性。
3、在文献“cheng b,du z,huang d.a differentially fed broadband multi-modemicrostrip antenna[j].ieee antennas and wireless propagation letters,2020.”中描述了一种差分式馈电的微带天线，文献通过两个短路柱和四个寄生结构产生三种谐振模式，最后优化天线参数形成较宽的工作频段。但是天线设计需要通过两个端口进行馈电，且尺寸过大。
4、在文献“zhang z,cheng y,luo h,et al.low-profile wideband
5、在文献“chen d,xue q,yang w,et al.a compact wideband low-profilemetasurface antenna loaded with patch-via-wall structure[j].ieee antennas andwireless propagation letters,2022,22(1):179-183.”中描述了一种周期性的超表面结构，利用增加叠层和短路柱的方式大大减小天线的尺寸，激励出双频谐振模式并使其合并，完成小型化宽频段的设计。但是天线设计过于复杂，且实现的频段宽度有限，不能进一步提高通信系统的性能。
6、因此，小型化宽频天线在无线通信中不仅实现空间限制、低功耗、多频段支持，而且能够达到高速数据传输、多通信标准支持和抗干扰性能等方面的需求。综合已经公开的基于多模谐振的宽带小型天线设计，现有文献天线仅在小型化和宽频段两者进行折中取舍，无法满足高度集成的小型宽带天线系统，且缺乏小型宽带天线的设计指导。因此有必要研究新结构、新方案实现多模谐振的宽带小型天线设计，为无线通信设备提供了更好的解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供多模谐振的宽带小型超表面天线，利用负阶多模式谐振设计原理能够同时实现天线的小型化以及宽带特性。
2、本专利技术所采用的技术方案是，多模谐振的宽带小型超表面天线，由上至下依次设置为超表面阵列、第一介质基板、金属地、第二介质基板，第二介质基板下表面设置有金属条带；还包括同轴连接器，同轴连接器的内芯与金属条带连接，同轴连接器的外导体与金属地连接；还包括若干个贯穿第一介质基板的金属化过孔，超表面阵列通过若干个金属化过孔与金属地连接。
3、本专利技术的特征还在于：
4、超表面阵列由4×3个超表面单元组成，包括三种超表面单元，每种超表面单元的数量均为四个，超表面单元之间通过交指进行连接；
5、四个第一种超表面单元分别位于4×3阵列的四个顶角处，每个第一种超表面单元包括金属矩形贴片，金属矩形贴片的四周边缘处设置有若干个金属交指贴片，每个金属矩形贴片均通过一个金属化过孔与金属地连接；
6、四个第二种超表面单元位于第一介质基板上表面中轴线处并排成一列，作为4×3超表面阵列中的第二列，每个第二种超表面单元包括金属矩形贴片，金属矩形贴片的四周边缘处设置有若干个金属交指贴片，每个金属矩形贴片上均开有开口方环缝隙，每个金属矩形贴片均通过一个金属化过孔与金属地连接；与金属矩形贴片连接的金属化过孔的端口位于开口方环缝隙的中心处；
7、4×3阵列中剩余位置均匀分布着四个第三种超表面单元，每个第三种超表面单元包括金属矩形贴片，金属矩形贴片的四周边缘处设置有若干个金属交指贴片。
8、金属地中心处刻蚀有鱼骨状缝隙。
9、第一介质基板的材质为聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板f4bm350，相对介电常数εr＝3.5,损耗tanδ＝0.003；第二介质基板的材质为聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板f4bm350，相对介电常数εr＝3.5，损耗tanδ＝0.003。
10、金属地及金属条带的材质均为铜；四个第一种超表面单元、四个第二种超表面单元及四个第三种超表面单元中的金属矩形贴片及金属交指贴片的材质均为铜。
11、本专利技术的有益效果是：
12、(1)本专利技术天线根据复合左右手传输线理论，使天线工作在负阶谐振模式，大大减小天线尺寸，易于集成在小型化系统中；利用负阶多模式谐振设计原理能够同时实现天线的小型化以及宽带特性。
13、(2)本专利技术天线通过构造负阶模式的非周期结构阵列，产生三种负阶谐振模式，使其合并，实现宽频段工作特性，提高通信速率。
14、(3)与传统的人工磁导体反射结构不同的是，本专利技术天线中的超表面结构作为天线的辐射结构，能够在小尺寸的条件下实现较高的侧向辐射增益。
15、(4)仅需要超表面结构和馈电结构，其中馈电结构的耦合缝隙印制于超表面结构的底层，大大简化天线的加工复杂度，降低加工成本。
16、(5)本专利技术天线辐射结构简单，可利用pcb工艺一次成型，馈电结构利用缝隙耦合结构。整体结构设计简单、体积小、剖面低、重量轻、方便与平面电路集成，可应用于多种无线通信设备，具有结构紧凑、易于加工、成本低、性能良好的优点。
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1.多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，由上至下依次设置为超表面阵列(3)、第一介质基板(4)、金属地(8)、第二介质基板(5)，第二介质基板(5)下表面设置有金属条带(9)；还包括同轴连接器(1)，同轴连接器(1)的内芯与金属条带(9)连接，同轴连接器(1)的外导体与金属地(8)连接；还包括若干个贯穿第一介质基板(4)的金属化过孔(2)，超表面阵列(3)通过若干个金属化过孔(2)与金属地(8)连接。
2.根据权利要求1所述的多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，所述超表面阵列(3)由4×3个超表面单元组成，包括三种超表面单元，每种超表面单元的数量均为四个，超表面单元之间通过交指进行连接；
3.根据权利要求2所述的多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，所述金属地(8)中心处刻蚀有鱼骨状缝隙(7)。
4.根据权利要求2所述的多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，所述第一介质基板(4)的材质为聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板F4BM350，相对介电常数εr＝3.5，损耗tanδ＝0.003；所述第二介质基板(5)的材质为聚四氟乙烯玻璃布覆
5.根据权利要求2所述的多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，所述金属地(8)及金属条带(9)的材质均为铜；四个第一种超表面单元(3-1)、四个第二种超表面单元(3-2)及四个第三种超表面单元(3-3)中的金属矩形贴片及金属交指贴片的材质均为铜。
...【技术特征摘要】
1.多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，由上至下依次设置为超表面阵列(3)、第一介质基板(4)、金属地(8)、第二介质基板(5)，第二介质基板(5)下表面设置有金属条带(9)；还包括同轴连接器(1)，同轴连接器(1)的内芯与金属条带(9)连接，同轴连接器(1)的外导体与金属地(8)连接；还包括若干个贯穿第一介质基板(4)的金属化过孔(2)，超表面阵列(3)通过若干个金属化过孔(2)与金属地(8)连接。
2.根据权利要求1所述的多模谐振的宽带小型超表面天线，其特征在于，所述超表面阵列(3)由4×3个超表面单元组成，包括三种超表面单元，每种超表面单元的数量均为四个，超表面单元之间通过交指进行连接；
3.根据权利要求2所述的多模谐振的...
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