[实用新型]一种基于超表面的小型化赋形天线

说明书

本实用新型公开了一种基于超表面的小型化赋形天线，包括介质基板、超表面层、金属围栏、以及设于介质基板上的多个阵子单元，其中，所述超表面层设于阵子单元的上方位置且超表面层的中部成型有开口；所述金属围栏环设于阵子单元的四周位置；所述介质基板的底面上设有馈电网络，所述馈电网络的输出端贯穿介质基板与各阵子单元连接。

技术领域

本发明涉及无线通信系统的技术领域，尤其是涉及一种基于超表面的小型化赋形天线。

背景技术

在天线领域中，赋形天线是指通过对天线的布局、馈电方式、天线结构等进行调整，使其能够产生特定的辐射方向图，提高目标区域内的电磁波强度，减小其他区域的干扰，从而实现高质量的通信传输。

在移动通信技术中，为了保证通信质量，通常会将一个大的目标区域划分为多个小的区域，在每个小区域内分别一台收发天线完成信号覆盖；但是大部分传统天线的波束覆盖都是圆形的，圆形分区会带来诸如覆盖范围不全面、相邻分区信号重叠带来干扰等问题；而矩形波束的赋形天线能够在辐射边缘能量快速滚降，拥有清晰的边界范围，能够有效地减少相邻小区间的同频干扰和信号重叠覆盖的问题。因此，矩形波束的赋形天线能够很好地满足分区覆盖的要求，是当前天线研究的热点和重点。

其次，在现有的研究中，为了实现矩形波束，大部分方案都是采用大规模阵列幅度加权的方式来实现的，这种方案存在诸多问题：1）需要的阵子数量较多，最小是3×3的阵列，多的甚至可达几十个阵子，这大大提高了天线阵列的设计难度和生产成本，天线阵列体积和重量也有极大的劣势；2）天线阵列中每个阵子的能量馈入幅度和相位分布都是不一样的，而且天线阵子数量较大，阵子间能量相位的差异也极大，因此在设计馈电网络或者通过其他手段对阵子馈电时，大大增加了设计的难度和成本；3）现有的矩形赋形天线半功率波束角外波瓣跌落不够快，副瓣水平较大，不能有效的消除相邻复用小区的覆盖重叠或盲区。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于超表面的小型化赋形天线。

为实现上述目的，本发明提供的方案为一种基于超表面的小型化赋形天线，包括介质基板、超表面层、金属围栏、以及设于介质基板上的多个阵子单元，其中，所述超表面层设于阵子单元的上方位置且超表面层的中部成型有开口；所述金属围栏环设于阵子单元的四周位置；所述介质基板的底面上设有馈电网络，所述馈电网络的输出端贯穿介质基板与各阵子单元连接。

进一步，包括四个呈矩阵排列的阵子单元。

进一步，所述超表面层为金属网格结构。

进一步，所述超表面层的开口呈方形形状。

进一步，所述介质基板还设有多块寄生贴片，各所述寄生贴片与各个所述阵子单元一一对应且呈临近布置，其中，所述寄生贴片在高度方向上呈倾斜布置且在平面方向上呈倾斜布置。

进一步，所述金属围栏由四块金属侧板及四个角连接件拼装而成，其中，任一所述角连接件与相邻的两块金属侧板相连接。

进一步，所述超表面层通过尼龙螺丝分别固定连接在四个角连接件的顶面上。

进一步，所述馈电网络包括第一微带线和第二微带线，其中，所述第一微带线和第二微带线均以一分四形成四个输出端，所述第一微带线的四个输出端分别与四个阵子单元的一端连接；所述第二微带线的四个输出端分别与四个阵子单元的另一端连接。

本发明的有益效果为：1）通过采用超表面层对电磁波辐射方向和范围、以及通过寄生贴片进行二次辐射的方式，从而对阵子的数量要求和馈电要求极其简单，有效地解决了传统方式阵列规模大、馈电复杂的问题，具备有成本低、结构简单等特点。2）通过采用金属围栏以及寄生贴片的方式，能够有效地调节辐射波束的旁瓣水平，最高可达16.8dB，通过金属围栏以及超表面层的开口，能够有效调节各个阵子单元的增益水平和边缘增益滚降速度，令天线的增益可达7.5dBi左右，矩形系数为1.53，具有较好的传播距离和清晰的分区边界。