[发明专利]一种应用于5G毫米波通信的超材料天线

说明书

本发明提供了一种应用于5G毫米波通信的超材料天线，包括：矩形辐射贴片阵列，被配置为包括多个相同的辐射贴片均匀分布；以及人工磁导体结构，被配置为围绕矩形辐射贴片阵列一圈布置。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种应用于5G毫米波通信的超材料天线。

背景技术

在现代无线通信系统中，微带贴片天线被广泛应用于终端、卫星、雷达等领域。微带贴片天线具有结构简单、平面加工、成本低、剖面低等优点，已广泛应用于已有的5G毫米波封装天线(Antenna-in-package，AiP)系统中。

随着移动通信技术快速发展，5G无线通信系统对天线性能要求越来越高。为了满足5G毫米波无线通信系统的小型化和高数据速率的需求，众多研究者在天线设计与研发上投入了大量的精力。但现阶段，贴片天线的发展仍面临着许多需要迫切需要解决的问题。一方面，贴片天线在小型化方面面临许多难题，尤其是纵向的小型化，贴片天线的剖面降低导致带宽等性能随之降低；另一方面，贴片天线在有限的剖面高度下提高带宽也面临许多困难。

电磁超材料(Electromagnetic Metamaterials)是由亚波长金属/介电微/纳米结构单元设计形成的具有特定电磁响应的人工材料。由于其特殊的操纵电磁波的能力，电磁超材料在过去几十年里引起了广泛的研究兴趣。这些电磁波控制能力是自然产生的材料无法实现的，通常是由电磁超材料的相位、振幅和极化的局部控制来实现。电磁超材料在天线工程中应用主要以人工磁导体(Artificial magnetic conductor，AMC)、电磁带隙结构(Electromagnetic bandgap structure，EBG)等形式利用他们独特的同相反射特性或电磁带隙特性来综合提升天线的带宽、增益、互耦、辐射等性能。

目前，提高贴片天线带宽的技术主要包括叠层贴片，空气腔，U型、L型和E型贴片以及贴片负载超材料等天线。但是，叠层贴片技术贴片天线需要增加额外的剖面高度来实现带宽的叠层结构；空气腔贴片天线面临着天线结构复杂，在毫米波高密度集成系统中工艺难度高等问题；利用L型、U型、E型等结构实现宽频带，但这一类不对称的贴片结构会引起高交叉极化的问题；现代天线工程中利用超材料负载如人工磁导体的贴片天线也能实现降剖面增加带宽，人工磁导体具有同相反射特性，即其表面的入射波与反射波相位一致，可以有效缩小波程，降低天线的纵向尺寸，这在降低偶极子天线剖面高度时非常有效。但是现阶段，当天线剖面极低时，基于人工磁导体作为天线反射面的微带贴片天线仍然面临阻抗带宽窄的挑战，需要应用新原理、新结构的贴片天线与人工磁导体结构形成的超材料天线进行降低剖面设计和天线性能提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于5G毫米波通信的超材料天线，用于在提高带宽的同时保持应用于毫米波通信的超材料天线的低剖面和小型化的特性不变。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于5G毫米波通信的超材料天线，包括：

矩形辐射贴片阵列，为包括多个相同且均匀分布的辐射贴片均匀分布；以及

人工磁导体结构，被配置为围绕矩形辐射贴片阵列一圈布置。

可选的，在所述的应用于5G毫米波通信的超材料天线中，还包括：

第一介质板，被配置为其第一表面贴有矩形辐射贴片阵列，其第二表面与人工磁导体结构相邻；

第二介质板，被配置为其第一表面与人工磁导体结构相邻，其第二表面与反射地板相邻；

反射地板，被配置为由金属平面组成，其中心位置具有矩形槽或缝隙；

第三介质板，被配置为其第一表面与反射地板相邻，其第二表面与微带线相邻；

微带线，被配置为设置在第三介质板的下方；