[发明专利]一种定向辐射的宽带多谐振低剖面超表面天线

说明书

本发明公开了一种定向辐射的宽带多谐振低剖面超表面天线，包括：最多一层PCB板，所述PCB板的上表面印制辐射贴片结构，辐射贴片结构包括有若干个呈阵列分布的表面单元；所述PCB板的下表面设置有金属地板，所述金属地板上轴对称地蚀刻有两条相隔一定距离且贯穿所述金属地板厚度方向的直角弯折型缝隙，两直角弯折型缝隙中的水平缝隙共线设置且位于金属地板中心位置形成耦合缝隙，两直角弯折型缝隙中的竖直缝隙相互平行且一端与对应的水平缝隙垂直连接，另一端延伸至所述金属地板边缘，两竖直缝隙之间形成共面波导馈线。相比现有微带贴片天线，本发明能在实现低剖面的同时达到较宽的带宽和较高的增益，单层PCB板的结构也使得加工更容易。

技术领域

本发明涉及一种超表面天线，具体涉及一种定向辐射的宽带多谐振低剖面超表面天线。

背景技术

随着现代无线通信系统的发展，宽带天线的需求日益增加。微带贴片天线由于其剖面低，重量轻，成本低，与印刷电路兼容等优点而受到广泛关注。然而，传统的微带贴片天线阻抗带宽较窄，虽然目前有许多技术可以克服这一缺点，比如利用电容探针馈电，L探针馈电，孔径耦合，U/E开槽贴片和堆叠贴片等，但通常需要介电常数较低的厚介质基板，难以实现低剖面。

近年来倍受关注的超表面天线，采用周期性的贴片单元，可以在实现低剖面的同时达到较宽的带宽和较好的辐射性能。W.Liu等人提出了口径耦合的超表面天线，在剖面仅为0.06λ₀时，阻抗带宽达到了28％，这一性能和传统的微带贴片天线相比，虽然剖面大大降低，但带宽优势并不明显。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种定向辐射的宽带多谐振低剖面超表面天线。本发明能在较低的剖面下实现定向辐射和较宽的带宽。

本发明采用如下技术方案实现：

一种定向辐射的宽带多谐振低剖面超表面天线，包括：最多一层PCB板，所述PCB板的上表面印制辐射贴片结构，所述辐射贴片结构包括有若干个呈阵列分布的超表面单元；所述PCB板的下表面设置有金属地板，所述金属地板上轴对称地蚀刻有两条相隔一定距离且贯穿所述金属地板厚度方向的直角弯折型缝隙，两所述直角弯折型缝隙中的水平缝隙共线设置且位于所述金属地板中心位置形成耦合缝隙，两所述直角弯折型缝隙中的竖直缝隙相互平行且一端与对应的水平缝隙垂直连接，另一端延伸至所述金属地板边缘，两竖直缝隙之间形成共面波导馈线。

进一步地，所述PCB板的介电常数ε_r为2.2～10.2；厚度为0.01λ～0.1λ，其中λ为自由空间波长，这两个参数的取值决定了天线中所有结构的尺寸，同时对天线的性能有很大影响，在保证所有结构参数不超过加工极限的前提下确定了该参数范围。

进一步地，所述共面波导馈线宽w_c为0.015λ～0.03λ；所述竖直缝隙的缝宽g_c为0.001λ～0.005λ，其中λ为自由空间波长，该参数范围可以确定信号输入端的端口阻抗，在实际装配时，和传输线缆的阻抗相匹配，从而减小连接处的损耗。

进一步地，两所述水平缝隙的缝宽w为0.01λ～0.03λ，两所述水平缝隙的远离端的距离l为0.15λ～0.3λ，其中λ为自由空间波长，该参数范围可以确定水平缝隙的谐振频率f，该谐振频率满足公式：c为真空中的光速，同时水平缝隙的缝宽w和水平缝隙远离端的距离l应满足：w<0.1l，通过该参数范围可大致确定天线的工作频率范围，超出该范围，天线的工作频率会向低频或高频偏移。

进一步地，所述金属地板的厚度为0.02～0.04mm。

进一步地，所述超表面单元为正方形金属贴片或切角型金属贴片，采用不同形状的金属贴片，可实现不同的极化模式，正方形金属贴片可实现线极化，切角型金属贴片可实现圆极化。