[发明专利]一种基于双层超表面的低剖面小型宽带天线

说明书

本发明一种基于双层超表面的低剖面小型宽带天线，属于天线领域；所要解决的技术问题是提供了一种展宽了带宽同时提高了增益的基于双层超表面的低剖面小型宽带天线；解决该技术问题采用的技术方案为：包括从上到下依序设置的超表面辐射器、上层介质基板、圆环形辐射贴片、下层介质基板和超表面接地板，超表面辐射器包括若干个方形超表面单元，单个方形超表面单元上蚀刻了四个圆弧形缝隙和一个菱形缝隙，圆弧形缝隙两两交错；本发明可广泛应用于无线通信领域。

技术领域

本发明一种基于双层超表面的低剖面小型宽带天线，属于天线技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，要求天线要同时兼顾低剖面、小型化、宽带等优良的性能。而超表面可通过多个微小单元来实现，可以灵活有效的调控电磁波相位、极化方式、传播模式等特性，已被广泛应用于平面天线的设计之中。

近年来，众多学者提出了多种基于超表面的微带天线的设计方法。比如，利用渐变的矩形贴片组合成为超表面单元(G. R. Feng etc, “Broadband surface-wave antennawith a novel nonuniform tapered metasurface,” IEEE Antennas Wireless Propag.Lett., 16 (2017), 2902-2905.)；引入可调谐的人造磁导体材料(C. P. Scarboroughetc, “Compact low-profile tunable metasurface-enabled antenna with near-arbitrary polarization,” IEEE Trans. Antennas Propag., 64 (2016), 2775-2783.)；采用极化转换的方式形成超表面(M. Long etc, “Wideband RCS reductionusing polarization conversion metasurface and partially reflecting surface,”IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 16 (2017), 2534-2537.)等。但是，上述天线一般在辐射单元与超表面单元之间都含有空气层，剖面高，体积较大，且带宽较窄。

发明内容

本发明为了解决现有超表面天线体积较大，且带宽较窄等技术问题，提出一种基于双层超表面的低剖面小型宽带天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双层超表面的低剖面小型宽带天线，包括从上到下依序设置的超表面辐射器、上层介质基板、圆环形辐射贴片、下层介质基板和超表面接地板，超表面辐射器包括若干个方形超表面单元，单个方形超表面单元上蚀刻了四个圆弧形缝隙和一个菱形缝隙，圆弧形缝隙两两交错，圆环形辐射贴片上的辐射场转换为表面波在超表面辐射器上传播，当表面波传播至圆弧形缝隙时，被截断而产生辐射，形成多个临近的谐振及一个较宽的阻抗带宽。

进一步，所述超表面辐射器贴装于所述上层介质基板的上表面，所述圆环形辐射贴片和所述超表面接地板分别贴装于所述下层介质基板的上表面和下表面。

进一步，所述超表面辐射器包括六个按照2×3方式排列的方形超表面单元；所述圆弧形缝隙为四分之一圆弧缝隙，四个四分之一的所述圆弧形缝隙分别以方形超表面单元的四个顶点为圆心，相邻的四分之一的所述圆弧形缝隙相互交错，所述菱形缝隙位于方形超表面单元中心。

进一步，所述圆环形辐射贴片包括一个圆环形辐射器、一条阻抗变换器和一条微带馈线；微带馈线的一端与阻抗变换器连接，阻抗变换器的另一端与圆环形辐射器连接。

进一步，所述超表面接地板由六个正方形环状金属带单元构成；六个正方形环状金属带单元按照2×3的方式排列。

进一步，所述超表面辐射器的底端、所述微带馈线的底端和所述超表面接地板的底端均位于和上层介质基板垂直的同一垂直面上，所述方形超表面单元的轴线与所述正方形环状金属带单元的轴线重合。