[发明专利]基于二氧化钒薄膜的频率可重构超表面天线及通信设备

说明书

本发明公开了一种基于二氧化钒薄膜的频率可重构超表面天线及通信设备，包括介质基板，所述介质基板的上表面印制金属超表面结构，介质基板下表面印制金属地板，所述金属地板刻蚀环形缝隙，金属地板与设置在其下方的阶梯状矩形波导连接。该天线能够在低剖面的情况下，实现频率可重构的高增益性能。

技术领域

本发明涉及天线领域，具体涉及一种基于二氧化钒薄膜的频率可重构超表面天线及通信设备。

背景技术

随着无线网络的发展，无线数据业务爆炸性地增长，为了满足无线通信应用场景的需求，未来的通信系统需要提供的更大的带宽以及更高的频谱效率。毫米波频段以其极宽的带宽，高传输质量等优点吸引了大众的目光。随着可重构技术的提出，给天线的设计提供了新的思路和方向于，它使用机械或者电调控的方式，能在一个天线口径中实现多个天线的功能。这种天线主要具备以下几个方面的优势：

(1)多天线共用一个口径，减小了系统的体积，使得结构更加简化和紧凑，有利于集成到当前的无线通信设备上。

(2)使用机械或者电调控方式进行动态调节，使天线更加灵活可变。

(3)减小了设备的电磁干扰，改善负载与天线之间的电磁兼容特性。

可重构技术按照功能的不同可分为极化可重构，方向图可重构和频率可重构。可重构系统需要加载一个或者多个可控制器件来实现功能切换,传统的可控制器件大多是半导体开关，如PIN二极管、变容二极管等，但其适用频率较低，在毫米波频段插入损耗太大，40GHz时损耗已达5dB，无法在毫米波段正常使用。近年来，一些新的可控制器件不断被提出，例如，MEMS开关、相变材料等。MEMS开关转换速度慢，能耗大，且容易受到应力、潮湿、高温高压等外界因素影响，可靠性较低；碲化锗(GeTe)的性能和VO₂薄膜相近，但转换速度较慢，功耗较大；而石墨烯对制备工艺要求极高，目前还没有成熟的单层石墨烯薄膜制备方法，且其调控电压也要求较高。想要实现毫米波可重构系统，寻找一种可以应用于毫米波的开关器件至关重要。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明首要目的是提供一种基于二氧化钒薄膜的频率可重构超表面天线，该天线能够在低剖面的情况下，实现频率可重构的高增益性能。

本发明的次要目的是提供一种通信设备。

本发明的首要目的是采用如下技术方案：

一种基于二氧化钒薄膜的频率可重构超表面天线，包括介质基板，所述介质基板的上表面印制金属超表面结构，介质基板下表面印制金属地板，所述金属地板刻蚀环形缝隙，金属地板与设置在其下方的阶梯状矩形波导连接。

进一步，所述金属超表面结构包括N*M个呈阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括两个矩形贴片，所述两个矩形贴片在垂直维度上，相对的一侧镀有二氧化钒薄膜，两个二氧化钒薄膜通过微带分支连接；在水平维度，相邻超表面单元通过微带分支连接。

进一步，所述二氧化钒薄膜采用交指结构。

进一步，还包括偏置电路，所述偏置电路设置在金属超表面结构的两侧，包括扇形枝节及金属矩形贴片，所述金属超表面结构通过一对扇形枝节与金属矩形贴片连接。

进一步，所述环形缝隙为骨头型缝隙。

进一步，所述阶梯状矩形波导加载双脊结构。

进一步，两个矩形贴片在垂直维度上间距为2*L₁，L₁为0.0002λ～0.02λ，λ为自由空间波长。