[发明专利]一种基于超表面的5G MIMO多波束天线

说明书

本发明公开了一种基于超表面的5G MIMO多波束天线，由上至下依次包括辐射超表面和馈电网络，超表面和馈电网络中间是高度为h的空气层。其中辐射超表面由上层超表面、一号介质基板和下层超表面组成；馈电网络包括辐射贴片层、二号介质基板、接地板、三号介质基板、馈电微带层；馈电网络部分的辐射贴片层印刷在二号介质基板的上表面，其下表面印刷带缝隙的接地板，三号介质基板上表面与二号介质基板紧密贴合，下表面印刷四条呈旋转对称的微带线。整个超表面天线的结构是呈中心对称的，激励四个馈电端口辐射的四个笔形波束也是旋转对称的。本发明适用于现代无线通信领域，尤其在选择性波束覆盖的应用中有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及5G无线通信领域，尤其涉及一种基于超表面的5G MIMO多波束天线。

背景技术

多波束天线在无线通信领域具有很大的发展空间，尤其在需要选择性波束覆盖的应用中被广泛采用。这种天线具有许多优点，例如减少多径衰落、最小化射频干扰，以及实现波束定向等，因此，现在通讯系统中，多波束天线被广泛应用于监视系统、无线和卫星通信、智能天线、多普勒无线电导航和无线电高度计等领域。

早期的多波束天线通过阵列元件或者Butler矩阵实现，(Ge Tian,et al.,“ANovel Compact Butler Matrix Without Phase Shifter,”IEEE microwave andwireless components letters,vol.24,no.5,2014)然而此类多波束天线的结构复杂，而且体积庞大。超材料出现以后，因其具有负折射和零折射等独特的电磁特性，而且还可以通过任意调整介电常数和磁导率来操纵电磁波传播，因此超材料为多波束天线的实现开辟了一条新的路径，(Abdolmehdi Dadgarpour,et al. “Beam-Deflection Using GradientRefractive-Index Media for 60-GHz End-Fire Antenna”.IEEE Transactions onAntennas and Propagation,”63(8),3768-3774, 2015)，然而，利用超材料组成的器件往往成本较高，材料损耗严重，体积大，剖面高，且在波束控制方面有一定的局限性。

发明内容

为了解决目前多波束天线存在体积大，结构复杂的问题，提供一种基于超表面的5G MIMO多波束天线，采用改进的高阻抗超表面的小型化、低剖面多波束天线。

为实现本发明目的而提供的一种基于超表面的5G MIMO多波束天线，包括有从上而下依次设置的辐射超表面与馈电网络两部分，所述辐射超表面与馈电网络中间形成厚度为h的空气层，所述辐射超表面从上而下依次包括有上层超表面、一号介质基板、下层超表面，且上层超表面、一号介质基板、下层超表面的中心在一条竖直线上，所述上层超表面与下层超表面具有相同结构并且二者分别贴装在一号介质基板的上、下表面，所述上层超表面与下层超表面均设置有呈2×2阵列方式排列的四组辐射单元，四组辐射单元依次绕一号介质基板中心旋转90度设置，每组辐射单元均包括七组呈U形排列的方形贴片，并且上层超表面与下层超表面的U形两臂上对应的方形贴片通过内嵌在中心的短路探针相连，所述馈电网络从上而下依序设置有中心在一条竖直线上的辐射贴片层、二号介质基板、方形接地板、三号介质基板、馈电微带层，方形接地板与馈电微带层之间设置有四个馈电端口，所述辐射贴片层印刷在二号介质基板的上表面，包括呈2×2阵列方式排列的四个菱形贴片，所述二号介质基板背面印刷有带缝隙的方形接地板，方形接地板上刻蚀了四个矩形缝隙，四个所述矩形缝隙依次绕方形接地板中心旋转90度设置，所述馈电微带层包括依次绕三号介质基板中心旋转90度设置的四条微带线，每条微带线的一端位于三号介质基板边缘，另外一端位于延伸到矩形缝隙的下方，并通过矩形缝隙和菱形贴片为上层超表面与下层超表面馈电。

本发明的有益效果是：