[发明专利]一种基于谐振环的三维高温超导超增益天线

说明书

本发明公开了一种基于谐振环的三维高温超导超增益天线，属于高温超导超增益天线技术领域。本发明所述天线包括辐射结构、介质基板和金属地板；介质基板立于金属地板，金属地板的形状为圆形；辐射结构位于介质基板的竖直表面，是轴对称结构，包括四个弧形单极子、单开口割圆形谐振环、两个双开口割圆形谐振环、两个矩形开口谐振环和双开口圆形谐振环。本发明所述天线使用弧形单极子对谐振环耦合馈电，输入阻抗可调，具有极好的调谐能力；使用谐振环结构来实现高方向性，各谐振环耦合来达到小型化以及提高方向性的目的，从而使得天线实现超方向性，再通过使用超导材料使得天线几乎无损耗从而实现天线的超增益。

技术领域

本发明属于高温超导超增益天线技术领域，具体涉及一种基于谐振环的三维高温超导超增益天线。

背景技术

一般情况下，天线的口径面积变小，其增益也将随着尺寸的变小而下降。当某个天线的增益大于该天线尺寸增益的理论最大值时，该天线被称为超增益天线。超增益天线的主要优点是大大减小了天线的尺寸，不仅可以减小占地面积，也可以节约建立天线所需的经费，维护工作也可大大降低。并且，同等情况下天线的增益越高就意味着电磁波的传输距离越远，这对移动通信、雷达、卫星通信等领域是非常有意义的。早在上世纪20年代就有人提出了超增益天线的基本概念，在随后的几十年里，人们对超增益天线的理论进行了广泛而深入的研究，但由于该天线的贴片表面电流损耗大、带宽窄等特点，超增益天线的研究并没有得到很好的发展和应用。

现有技术“Superdirective Magnetic Dipole Array as a First-Order Probefor Spherical Near-Field Antenna Measurements”公开了一种微带天线，通过采用增加寄生结构的方式来得到超增益；其基本组成单元为圆形单环开口谐振环结构，通过在谐振环旁使用弧形单极子来驱动，并且该结构天线介质基板立于地面之上。该天线可以以八木天线的方式在圆形单环开口谐振环上方增加相同结构来达到超方向性，由于损耗大，效率低，所以增益并不高。

现有技术“Small array design using parasitic superdirective antennas”公开了一种低频寄生端射三元超方向性天线阵，该天线的基本组成单元为半圆形单环开口谐振环结构，天线阵只馈电其中一个单元，其余单元耦合寄生。该阵列尺寸为(0.32λ×0.31λ)，总方向性为9.2dBi。这种阵列比实现相同方向性的经典阵列更加小型化。由于该天线损耗大，效率只有11.2％，所以增益并不高。

现有技术“Superdirective Wideband Array of Planar Monopole AntennaWith Loading Plates”公开了一种二元平板单极子天线的宽带超方向性阵列，是将两个矩形平板单极子立在地面之上，并且只对其中一个单极子进行馈电可以得到较宽的带宽，在3–6-GHz带宽上，该天线阵列提供3.5–6.9dB的方向性。该天线未使用谐振环结构，方向性相对不高，且天线的效率低，导致增益也不高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于谐振环的三维高温超导超增益天线。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种基于谐振环的三维高温超导超增益天线，包括辐射结构、介质基板和金属地板；

介质基板立于金属地板，与金属地板垂直放置；金属地板的形状为圆形，介质基板与金属地板接触面的中心位于金属地板的圆心，金属地板的直径大于介质基板的边长；

以金属地板所在平面作为水平面，辐射结构位于介质基板的竖直表面；辐射结构是轴对称结构，第一对称轴穿过辐射结构所在介质基板表面的下边界中心且与水平面垂直，包括四个弧形单极子、单开口割圆形谐振环3、两个双开口割圆形谐振环4、8、两个矩形开口谐振环5、7和双开口圆形谐振环6；