[发明专利]一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线

说明书

本发明公开了一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线，包括沿水平方向平行设置的介质板a和介质板b，且介质板a和介质板b之间存在空气腔；介质板a的顶面均匀放置缺少四个角的矩形辐射贴片a；介质板b的顶面均匀放置缺少四个角的矩形辐射贴片b；介质板b的底面设有分别设有共面波导和阶梯型耦合孔径，共面波导在阶梯型耦合孔径中进行耦合。本发明改善了微带天线的低增益和窄带的特性，实现了天线的小型化、高增益和宽带特性。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，涉及一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线。

背景技术

通信技术不断发展，频谱资源日益紧张，宽带技术有利于提高频谱利用率以及信号传输速率，已成为现代无线通信系统发展的必然趋势之一。其中，宽带天线的设计难点主要在于克服现有天线结构上固有的弱点，以及实现宽带同时也要符合实际通信系统在应用上的其他性能要求，超材料的出现恰好可以解决这些问题。

超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。

微带天线具有固有的窄带特性，将超表面应用于微带天线，可以实现在保持天线低剖面特性的基础上，増加天线带宽。通常，加载超表面可将微带天线阻抗带宽提升至30％左右，这对宽带无线通信系统来说显然是不够的。

发明内容

本发明的目的是提供一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线，该天线结构改善了微带天线的低增益和窄带的特性，实现了天线的小型化、高增益和宽带特性。

本发明所采用的技术方案是，一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线，包括沿水平方向平行设置的介质板a和介质板b，且介质板a和介质板b之间存在空气腔；

介质板a的顶面均匀放置缺少四个角的矩形辐射贴片a；介质板b的顶面均匀放置缺少四个角的矩形辐射贴片b；介质板b的底面设有分别设有共面波导和阶梯型耦合孔径，共面波导在阶梯型耦合孔径中进行耦合。

本发明的特点还在于，

介质板b的底面中心处设有馈电微带线，馈电微带线的起始端与介质板b的边缘对齐，馈电微带线末端的相对两侧分别对称设有阶梯型耦合孔径，馈电微带线的相对两侧分别设有共地面，馈电微带线与共地面之间存在间隙，馈电微带线、共地面及间隙共同构成共面波导。

阶梯型耦合孔径包括三台阶梯，朝着馈电微带线的方向，阶梯高度依次减小。

介质板a的材料为Rogers RO4003C。

介质板b的材料为F4b-2。

介质板a和介质板b之间通过塑料螺丝连接。

本发明的有益效果是，本发明通过两层非均匀的超表面与设计的阶梯型孔径耦合，实现宽带和高增益的特性，并且该宽带天线的3dB增益包含整个X波段(8-12GHz)。该宽带天线分为上下两层，天线尺寸小巧，结构简单，便于加工和无线设备集成，制作工艺成熟，自动化程度高，节省成本，能够很好地应用在工作在4.8-13.6GHz的宽带系统中，市场前景良好。

附图说明

图1是本发明一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线的侧视图；

图2是本发明一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线介质板a的正面结构示意图；

图3是本发明一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线介质板b的正面结构示意图；

图4是本发明一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线介质板b的背面结构示意图；

图5是本发明一种双层非均匀超表面结构的阶梯型孔径耦合宽带天线的反射系数结果曲线；