[发明专利]基于超表面结构的差分馈电圆极化滤波天线

说明书

本发明公开一种基于超表面结构的差分馈电圆极化滤波天线。本发明包括辐射结构和馈电结构两个组成部分：天线顶层的辐射结构是由周期性分布的超表面结构单元组成的超表面结构，在每个超表面结构单元的对角线上加载两个接地金属通孔；天线底层的馈电结构是由微带耦合线和U形槽线构成的滤波巴伦差分馈电结构。本发明圆极化滤波天线通带内的增益比较稳定，带外抑制明显，增益的频率选择性较好，实现了较好的滤波性能。此外，阻抗带宽和轴比带宽可以分开独立调节，使轴比频率更稳定。

技术领域

本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种基于超表面结构的差分馈电圆极化滤波天线结构。

背景技术

随着现代无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统中必不可少的一部分，对其性能和指标的要求也随之提高。圆极化天线因具有良好的抗干扰能力和发射接收极化的任意性，被广泛应用到卫星通信、雷达、射频识别系统中。但传统的圆极化天线一般是通过对天线的馈电结构进行设计来产生圆极化辐射，这种设计使得天线的整体结构比较复杂，并且轴比的中心频率易受影响。近年来，一种二维平面超材料结构----超表面结构，因具有平面化、制造成本低，且可以有效地改善天线等优点而受到关注。基于超材料结构设计的超表面天线作为一种新型天线已经得到了广泛的研究。相对于传统圆极化天线的复杂性，使用超表面技术产生圆极化，可以在紧凑的天线结构中实现，且能够更好地调节圆极化，轴比频率也更稳定。

天线和滤波器是射频系统中两个重要的前端器件，将滤波性能集成在天线当中，可以有效地使射频系统进一步小型化。目前，具有滤波效果的超表面圆极化滤波天线极少被人提及。

发明内容

为了克服传统圆极化天线的复杂性和轴比频率易受影响的不足，并在天线中融合设计滤波性能，从而实现更紧凑的射频前端，本发明提出了一种C波段的基于超表面结构的差分馈电圆极化滤波天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明天线主要包括第一介质板、第二介质板、金属接地板、天线辐射结构、滤波馈电网络；第一介质板、金属接地板、第二介质板从上至下依次设置；

所述天线辐射结构为设置在第一介质板顶层的周期性分布的超表面结构单元构成；所述超表面结构单元加载两个接地金属通孔，上述两个接地金属通孔位于超表面结构单元对角线的两端；接地金属通孔贯穿第一介质板，用于超表面结构单元与金属接地板的连接；

作为优选，超表面结构单元沿X轴和Y轴分布的数量相同，单元间距相同；通过调整两个接地金属通孔的孔径大小和距离，产生相位差约为90°的等幅正交极化波，从而实现天线的圆极化性能。

所述滤波馈电网络是由滤波巴伦组成的差分馈电结构，滤波巴伦由微带线T1、T2、T3和U形槽U1、U2构成；

所述微带线T1、T2、T3设置在第二介质板的底层；微带线T2、T3中心对称，微带线T2、T3与T1距离相等，微带线T2、T3、T1平行设置。微带线T2、T3与T1耦合。微带线T1的中心与第二介质板的中心重合。

微带线T1的一端接50欧姆微带线作为输入端口，微带线T2的一端和微带线T3的一端分别通过另接50欧姆微带线T4、T5作为两个平衡输出端口。

所述U形槽U1、U2设置在金属接地板，两个U形槽中心对称；微带线T2、T3分别与两个U形槽耦合，T1与两个U形槽耦合。

所述金属接地板开有耦合缝隙C1、C2，C1和C2中心对称，且分别关于T2、T3另接的微带线T4、T5的中心线轴对称，C1、C2分别与两个平衡输出端口耦合。

作为优选，微带线T1大于1/2波长，U形槽为1/2波长；为了保证U形槽能更好地与微带线T1、T2、T3进行耦合，两个U形槽的其中一个长臂终端分别与微带线T1的两端位置在同一水平线上，且该长臂内侧边缘线与微带线T1的中心线重合，两个U形槽的另一个长臂的内侧边缘线分别与微带线T2、T3的中心线重合。