[发明专利]一种宽带圆极化超表面天线

说明书

本发明公开了一种宽带圆极化超表面天线，宽带圆极化超表面天线包括：双层介质板和三个金属层；三层金属层分别为顶层的超表面、中间层的开槽地板以及最底层的馈电结构；超表面由四个子单元按90°旋转排列构成，每个子单元为4x4的非均匀矩形贴片阵列；中间层的开槽地板设有用于信号耦合的四个大小相同的矩形槽。该天线较好地解决了低雷达散射截面(RCS)贴片天线工作带宽较窄的问题，具有低RCS、宽阻抗带宽、结构简单的特点。

技术领域

本发明涉及射频天线技术领域，尤其涉及一种宽带圆极化超表面天线。

背景技术

在无线通信系统中，天线是必不可少的一部分，它能够完成电磁波信号的发送与接收。圆极化贴片天线可以接收任意极化的来波，其辐射波也可以由任何极化天线接收，同时它还具有体积小、重量轻、低剖面等优点。因此，圆极化贴片天线在雷达、导航、卫星和遥感遥测等系统中具有重要应用价值。然而，圆极化贴片天线也存在带宽窄和增益低的缺点。为了解决此问题，人们提出采用阵列方式、超表面加载以及加寄生贴片等方式提高天线的工作带宽及增益。然而，在这些方法中又滋生了一些附加问题，如天线的RCS、体积及剖面高度增加等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带圆极化超表面天线，旨在解决现有技术中圆极化贴片天线存在带宽窄和增益低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种宽带圆极化超表面天线，从上到下依次层叠有超表面、第一介质板、开槽地板、第二介质板、馈电结构；所述超表面包括四个子单元，两个相邻的所述子单元之间互相垂直，四个所述子单元所述开槽地板设有用于信号耦合的四个大小相同的矩形槽，且相邻所述矩形槽互相垂直。

其中，每个所述子单元包括四个第一贴片和十二个第二贴片，四个所述第一贴片组成2×2阵列，十二个所述贴片设置在四个所述第一贴片的四周，并与四个所述第一贴片组成4×4阵列。

其中，所述馈电结构为功分相移馈电结构。

其中，所述第一介质板和所述第二介质板均为F4B板，F4B板的介电常数3.5，正切损耗0.003

其中，所述第一介质板的边长和所述第二介质板的边长均为W，所述第一介质板高度为h₁，所述第二介质板高度为h₂，所述第一贴片的长边为l₂、短边为w₂，所述第二贴片的长边为l₁、短边为w₁；两个相邻的所述第一贴片的间距为g₁，两个长边相邻的所述第二贴片的长边间距为g₂、两个长边相邻的所述第二贴片和所述第一贴片的长边间距为g₃；两个短边相邻的所述第二贴片，如果其中一个所述第二贴片位于阵列的角上，则短边间距为g₄，否则短边间距为g₅；所述矩形槽长度为a，宽度为b；

其中，W＝72mm，W₁＝4.8mm，W₂＝6mm，l₁＝6.5mm，l₂＝6.83mm，g₁＝0.5mm，g₂＝1.2mm，g₃＝0.55mm，g₄＝1.1mm，g₅＝1.6mm，h₁＝2.2mm，h₂＝0.6mm，a＝15mm，b＝1.8mm。

本发明的有益效果：采用非均匀贴片构成的超表面，能有效将两个具有相似表面电流分布的特征模融合在一起，极大拓展了子单元的辐射带宽，从而进一步拓展了整个天线的工作带宽。同时，在每个子单元的下方设计矩形缝隙，采用功分器对天线四个子单元按照90°的相位差进行耦合馈电，最终实现宽带、高增益的圆极化辐射。另一方面，利用相位相消原理，对四个子单元的位置进行优化排布，实现了天线在带内的RCS缩减。

附图说明