[发明专利]一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线

说明书

本发明属于微波天线技术领域，具体提供一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线，用以满足移动卫星通信系统中通信天线同时具有宽波瓣辐射性能、较高增益及较低剖面的要求。本发明通过引入大尺寸地板使得地板由全向辐射模式改变为在±48°方向的两侧双波束辐射，进而与超表面结构的全向侧面辐射模式实现模式综合，实现了具有宽波瓣辐射特性的超表面天线；同时，在超表面结构中间引入金属微带线，使得其辐射模式的半功率波瓣更为平坦，波瓣宽度更大；最终，本发明在不引入单极子天线的情况下，通过大尺寸地板设计改变馈电缝隙辐射模式的辐射方向图实现方向图互补，实现宽波瓣辐射特性，同时具有较高增益与更低剖面、且结构简单。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体提供一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线，该天线具有高增益以及易于设计的特性。

背景技术

随着无线通信技术与需求的迅速发展，人们对通信系统的通信速度、稳定度以及通信带宽的要求愈加地提高，特别是移动卫星通信。移动卫星通信系统的体系结构同时包含空间部分、用户部分以及地面部分，它通过集成卫星通信与移动通信来补充、扩展地面移动通信系统。移动卫星通信系统具有很多优势，例如覆盖范围大，覆盖范围无盲区，不受地理限制等，这些优点使得移动卫星通信在地面通信遭到严重破坏的情况下，在广播和紧急通信中起着至关重要的作用。由于导航系统的卫星多运行在地球中轨道，使得用于定位服务的接收天线的角度范围非常宽，通常在θ(天顶角)为0°的天顶和θ为70°的地面低仰角之间；同时，在这个角度范围内，天线需要具有一定的增益；因此，移动通讯卫星系统对天线在波束宽度和低仰角处的天线增益提出苛刻的要求。

通常宽波束辐射天线会借助一组正交的磁流源与电流源构成互补源天线，进而实现宽波束辐射特性；但是，传统的互补源天线由于需要引入单极子天线实现等效电流源，导致天线的剖面较大。因此，如何通过其他方法实现宽波瓣辐射性能的同时，使得天线拥有较小的剖面具有十分重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的诸多问题，提供一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线，用以满足移动卫星通信系统中通信天线同时具有宽波瓣辐射性能、较高增益及较低剖面的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线，包括：从下往上依次层叠设置的下层金属层1、下层介质基板2、中间金属层3、上层介质基板4及上层金属层5；其特征在于，所述下层金属层为金属馈电线，所述金属馈电线位于下层介质基板的中线上；所述中间金属层为金属接地板，所述金属接地板中心开设耦合馈电缝隙6，所述耦合馈电缝隙的开缝方向垂直于金属馈电线；所述上层金属层由矩形金属贴片阵列5-1与金属微带线5-2构成，所述矩形金属贴片阵列与金属微带线均位于上层介质基板的中心，金属微带线平行于金属馈电线设置、且金属微带线将矩形金属贴片阵列划分为两个对称的矩形金属贴片子阵列。

进一步的，所述金属接地板应呈正方形，且具有较大尺寸，其边长应至少在150mm以上，由此设计的天线可具有稳定的宽波瓣辐射特性；同时，金属接地板的尺寸满足上述条件后，3dB波瓣宽度随金属接地板边长的增大而增加，宽波瓣辐射特性可得到加强。

基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种具有宽波瓣辐射特性的互补源超表面天线，具有十分显著的宽波瓣辐射特性的同时，具有较高增益及较低剖面，并且结构简单、易于实现；具体而言：

1)本发明通过引入大尺寸地板(金属接地板)使得原有的地板辐射模式被改变，由原有的全向辐射模式改变为在±48°方向的两侧双波束辐射；同时，大尺寸地板引起的双波束辐射模式与超表面结构的全向侧面辐射模式实现了模式综合，最终实现了具有宽波瓣辐射特性的超表面天线；并且，相较于传统的互补源天线，本发明具有更低的剖面；另外，大尺寸地板能够很好地融合于各种车载、舰载以及机载等具有较大金属表面的通信平台，有效地避免了金属地板的尺寸对常规天线辐射性能的影响；