[发明专利]一种共面波导馈电的宽带超表面天线

说明书

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种共面波导馈电的宽带超表面天线，包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、电磁超表面部分、激励层部分和短路反射地板部分，利用超表面的缝隙实现天线辐射，具有良好的边射特性；其微带加载的蝶形馈电缝隙用于超表面的耦合激励，成功激励起了超表面内的三个谐振模式，相对中心带宽达到51.2％，相较于之前的超表面天线，实现了阻抗带宽的大幅提升；本发明利用短路反射地板结构，既实现了天线的背向辐射抑制，又完成了低剖面设计；本发明实现了平板天线的宽带辐射带宽性能与良好的辐射特性，能有效增强雷达、成像以及无线通信等系统中天线的性能。

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种共面波导馈电的宽带超表面天线。

背景技术

在雷达、成像以及无线通信等系统中，微带天线因其成本低、剖面低、性能可靠以及易于加工与集成等特性发挥着重要作用。然而传统的微带天线的应用往往受其阻抗带宽较窄的限制，一般微带天线的相对带宽均低于10％。在过去的几十年里，大量的技术被提出以展宽微带天线的阻抗带宽，总结起来主要有容性探针馈电技术、L形探针馈电技术、口径耦合技术、U形/E形槽缝技术以及堆栈叠层贴片技术等。这些技术普遍能够使得微带天线的相对带宽提升到20％～40％，然而同时要求天线具有较高的剖面。近年来，超表面结构被广泛应用到天线的设计中，基于超表面的宽带天线的设计也相应地被提出，并且具有低剖面性能。

文献“Metamaterial-Based Low-Profile Broadband Mushroom Antenna(WeiLiu,Zhi Ning Chen and Xianming Qing,IEEE Transactions on Antennas andPropagation,2014,62(3):1165-1172)”提出了一种新型基于左右手蘑菇形超表面结构的低剖面天线，其能够激励其超表面的两个谐振模式(TM₁₀模和TM₂₀模)进而展宽天线的阻抗带宽。仿真与测试结果表明天线的相对带宽达到25％，并且具有高增益、低交叉极化以及低剖面的性能。然而天线的带宽仍然具有可扩展的空间，并且天线的背向辐射需要进一步降低。

文献“Compact Broadband Directive Slot Antenna Loaded With Cavitiesand Single and Double Layers of Metasurfaces,(Basudev Majumder,K.Krishnamoorthy,Jayanta Mukherjee and Kamla Prasan Ray,IEEE Transactions onAntennas and Propagation,2016,64(11):4595-4606)”为了提升天线辐射的前后比提出了一种人工磁导体表面衬底的超表面天线，其测试结果表明该天线的相对带宽为21％，但天线辐射方向图的前后比具有明显的提升。然而，由于人工磁导体表面的厚度以及人工磁导体表面与辐射体之间的缝隙显著地增加了天线的剖面，并且天线的相对带宽需要进一步地拓宽。

文献“Miniaturized Wideband Metasurface Antennas,(Wei Liu,Zhi NingChen,Xianming Qing,Jin Shi and Feng Han Lin,IEEE Transactions on Antennas andPropagation,2017,65(12):7345-7349)”研究了超表面在天线设计中的小型化与宽带化性能，并提出了一款辐射口径和剖面分别仅为0.46λ₀×0.46λ₀和0.06λ₀的缝隙天线。测试结果表明天线的相对阻抗带宽为30％，相较于之前的超表面天线设计，其阻抗带宽已具有一定的提升，但是在很多应用中仍要求天线的带宽能够进行进一步地大幅提升。

综上所述，超表面天线能够在保证辐射特性的同时保持低剖面，并且具有拓展阻抗带宽的潜力。然而对于很多实际应用，这些设计的阻抗带宽依旧相对较窄，因此需要进一步地大幅提升超表面天线的谐振带宽。