[发明专利]基于超表面结构复用的正交极化双频带共口径毫米波天线

说明书

本发明涉及一种基于超表面结构复用的正交极化双频带共口径毫米波天线，包括依次叠置的第一金属层、第一介质层、第二介质层、第二金属层、第三介质层、第三金属层、第四介质层、第五介质层和第四金属层，天线工作在低频时，第三金属层和第四金属层构成双层超表面结构，天线工作在高频时，第三金属层与第四金属层构成串馈阵列，所述超表面结构与所述串馈阵列的极化方向正交，低频工作时，双层的矩形贴片阵列可视为双层超表面，其馈电网络位于第一金属层。高频工作时，基于超表面的结构复用，双层的矩形贴片阵列视为叠层微带天线阵，其馈电网络位于第三金属层。本发明具有较高的口径利用效率，较宽的带宽，较低的剖面以及易于集成的平面结构。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种基于超表面结构复用的正交极化双频带共口径毫米波天线。

背景技术

随着通信技术的快速发展，通信系统往往需要覆盖多个频带以满足各种需求。在这种情况下，同一个通信系统往往需要集成多个不同频段的天线。由于天线的增益主要由其辐射口径的面积决定，如果用于不同频带的辐射结构占据不同的孔径，则包含不同频带的多个天线的通信系统很难实现小型化。由于共口径天线由于能够显著提高口径的利用效率，有助于通信系统的集成化和小型化，从而引起了越来越多研究者的关注。

目前共口径天线的实现方法主要有两种。一种为分离口径法，也即是多种天线的口径在平面上分开放置，其设计方法简单，多个天线间的隔离度往往通过极化正交或者空间隔离的方式提高，有利于保证各个天线的性能。但其缺点也较为明显，分离的口径大大提高了系统的体积，天线的口径利用效率较低。另一种方式为层叠口径法，不同频段的天线在竖直方向上层叠放置，不同的天线占用共同的口径，从而大大提高了口径利用效率。其缺点为剖面较高，且往往天线的带宽较窄。

近年来，一种名为“结构复用”的新的设计理念被提出。其主要优势在于，天线在实现了口径复用的同时，天线结构本身也实现了复用，从而不但可以提高口径利用效率，还能大大降低天线的剖面，有利于实现集成化与小型化的应用。但从目前已发表的文献来看，几乎所有基于结构复用的设计往往受到天线结构本身的限制。虽然天线的剖面大幅度降低，但其较窄的带宽严重限制了其应用前景。

中国专利申请号CN202011082424.9公开了一种基于超表面的双频融合天线及通信设备，包括反射板、低频天线辐射单元、第一超表面、第二超表面及高频天线辐射单元，所述高频天线辐射单元设置在反射板的上方，所述低频天线辐射天线设置在高频天线辐射单元的上方，所述第一超表面及第二超表面分别位于低频天线辐射单元的上方及下方。该申请提供的天线结构新颖，隔离度高，方向图稳定。虽然该申请一定程度上实现了口径复用，但并未实现结构复用。

综上，当前缺少过一种基于结构复用的高口径利用效率，宽带，低剖面的共口径天线。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于超表面结构复用的正交极化双频带共口径毫米波天线，双层的金属矩形阵列构成天线的辐射结构，在天线工作在低频时，此时的辐射结构可视为双层的超表面结构。在高频时，此结构被完全的重复利用，位于第三金属层的贴片阵列使用传输线连接并构成双层串馈阵列，此时的辐射结构可视为叠层的微带天线阵列，由此可以实现几乎100％的高口径利用效率，并具有宽带和低剖面特性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：