[发明专利]一种介质板堆叠的超表面磁电偶极子天线

说明书

本发明提供了一种介质板堆叠的超表面磁电偶极子天线，包括五个矩形介质板、电偶极子、磁偶极子、一对短路柱、超表面、馈电结构和两个对称圆弧形缺陷结构反射地，其中电偶极子印刷在第一层介质板的上方，磁偶极子也设置在第一层介质板的上方；超表面嵌在第二层的顶部；天线通过放置在电偶极子中心的阶梯状馈电结构来馈电，两个对称圆弧形缺陷结构反射地印刷在第五介质层的上下两面。本发明天线设计为五层介质板的结构，能有效减低天线剖面。同时把超表面材料嵌入到第二层的顶部，利用超表面的特性减小有效电长度，从而能够提高天线的增益和减小天线的高度，实现天线的低剖面效果。

[技术领域]

本发明属于通信技术领域，具体涉及新波-一种应用于2G/3G/LTE5G的介质板堆叠的超表面磁电偶极子天线。

[背景技术]

由于现代无线通信系统的高速发展，应用于2G，3G，LTE，5G通信频段的宽频带且带有稳定增益的天线需求越来越高。在2015年，世界无线通信会议2015中规定了将来通信的5G频段为3.4-3.6GHz。另一方面，众所周知，磁电偶极子天线拥有许多出色的电性能，例如宽频带、稳定的增益、较好的前后比和低交叉极化。宽频带的磁电偶极子天线可以被设计工作在许多无线通信频段，例如2G/3G/LTE频段、WLAN/WiMAX频段和超宽带频段。这些磁电偶极子天线都带有宽频带和平稳增益的特点。然而，这些天线在结构上都有较大的体积，特别是剖面都比较大。例如，许多前面所提到的天线的高度都大于0.25λ。所以，高度小于0.2λ的低剖面磁电偶极子天线变得急需。

超表面，一种平面的等效超材料，在近几年获得了较大的关注。超表面一般由许多结构较小的电特性贴片组成，用于提高天线的性能和缩小天线的尺寸。通过将超片面放置在辐射的微带贴片的上方或下方，天线的带宽被拓宽和增益被提高。此外，通过将超表面放置在线极化源辐射天线的上方，线极化信号可以被转化为圆极化信号。然后，在源辐射天线和超表面中间存在空气层，这将增大天线的体积。为了获得一个较小的天线尺寸，超表面需要放置在源辐射天线的正上方，并且去除掉空气层。通过旋转上层的超表面，天线可以机械性地实现频率可重构以及线极化、左旋圆极化和右旋圆极化的极化可重构。然而这类天线却都存在带宽较窄这个不可避免的缺点。

[发明内容]

针对上述的技术不足，本发明中提出了一款新型的介质板超表面磁电偶极子天线。

本发明的一种介质板堆叠的超表面磁电偶极子天线采用了如下技术方案：

一种介质板堆叠的超表面磁电偶极子天线，包括五个矩形介质板、电偶极子、磁偶极子、一对短路柱、超表面、馈电结构和双层反射地，从上至下分别为第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层、第五介质层，第三至第四介质层结构相同，其中电偶极子印刷在第一层介质板的上方，超表面嵌在第二层的顶部；天线通过放置在电偶极子中心的阶梯状馈电结构来馈电，反射地印刷在第五介质层的上下两面。

进一步地，所述第五介质层的上表面反射地为挖有两个对称圆弧形缺陷结构。

进一步地，所述馈电结构为阶梯型，通过传输线连接第一层水平耦合带一端，第一层水平耦合带另一端连接第一层垂直耦合带，第一层垂直耦合带下方连接第二层水平耦合带，在第二水平耦合带下方连接一个垂直耦合带，在有限空间内增加电流路径长度，从而获得优良的阻抗匹配，拓宽有效带宽，降低剖面高度。

进一步地，所述电偶极子为带有蝴蝶结型槽缝的弧形金属贴片，所述弧形金属贴片能够抑制高频波瓣分瓣，以及获得良好的阻抗匹配，从而提高增益及拓展带宽。

进一步地，所述电偶极子金属贴片中间为梯形的水平耦合带，水平耦合带通过一对短路柱与反射地形成磁偶极子。

进一步地，所述超表面由40个矩形单元贴片组成。