[发明专利]基于叠层超表面的毫米波宽角扫描相控阵列天线及通信设备

说明书

本发明公开了基于叠层超表面的毫米波宽角扫描相控阵列天线及通信设备，由上至下依次包括叠层超表面、金属地板及馈电网络，所述叠层超表面包括多个呈周期排列的叠层超表面单元，所述叠层超表面单元由多个超表面层堆叠放置构成，多个超表面层同轴设置，沿着叠层超表面单元阵列的E面设置条形去耦路径，设置X形去耦路径去除H面耦合，所述金属地板开有工字缝隙，将馈电网络的能量耦合到对应的叠层超表面单元。本发明加工容易、成本低、剖面低，更适合小型化天线单元及紧凑排布阵列设计，应用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于叠层超表面的毫米波宽角扫描相控阵列天线及通信设备。

背景技术

近年来，由于超材料(Metamaterials)具有在自然界中并不存在但极具价值的电磁特性，打破了传统材料或结构的物理极限，为经典电磁理论的发展开辟了崭新的研究空间，获得了愈来愈广泛的关注。超表面天线由于其独特的电磁特性，可以有效降低天线和反射面之间的距离，实现低剖面天线，使天线集成地更加紧凑，也可以作为一种新型的相控阵天线单元，实现低剖面宽覆盖的辐射特性。但是，传统的超表面天线由于辐射单元占用的面积过大，导致其在组成阵列的时候无法进行紧凑地排布，实现宽角扫描。而在组成毫米波阵列的时候更是存在着表面波严重、耦合过高等问题，严重恶化了阵列天线的辐射效率和扫描角度。近些年，采用超表面作为天线的辐射单元可以很好地实现宽频的性能。但是，这种超表面单元所占用的面积过大，不适合紧凑环境下的阵列设计，也没有空间加载额外的去耦结构降低端口之间的隔离，不利于毫米波阵列实现高隔离、低有源回损、大角度扫描等性能。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于叠层超表面的毫米波宽角扫描相控阵列天线及通信设备。

本发明不仅具有宽带宽、尺寸小、结构简单的特点，并能确保毫米波阵列实现高隔离、低有源回损、大角度扫描等性能。

本发明采用如下技术方案：

一种基于叠层超表面的毫米波宽角扫描相控阵列天线，由上至下依次包括叠层超表面、金属地板及馈电网络，所述叠层超表面包括多个呈周期排列的叠层超表面单元，所述叠层超表面单元由多个超表面层堆叠放置构成，多个超表面层同轴设置，沿着叠层超表面单元阵列的E面设置条形去耦路径，设置X形去耦路径去除H面耦合，所述金属地板开有工字缝隙，将馈电网络的能量耦合到对应的叠层超表面单元。

进一步，所述条形去耦路径包括一条金属条带以及两根接地柱。

进一步，所述X形去耦路径包括X形金属条带和四根接地柱。

进一步，所述馈电网络设置屏蔽金属墙，工字缝隙设置在屏蔽金属墙的中心位置，构成腔体。

进一步，所述屏蔽金属墙包括隔离条带及多根第一接地柱。

进一步，所述工字缝隙是线极化激励。

进一步，叠层超表面单元及馈电网络采用低温共烧陶瓷基板或PCB介质基板。

进一步，所述金属条带的形状为π形、n形、I形、X形或者L形。

进一步，所述馈电网络包括带状线馈电网络、微带线馈电网络、基片集成波导馈电网络或共面波导馈电网络。

一种通信设备，包括所述的毫米波宽角扫描相控阵列天线。

本发明的有益效果：

(1)本发明包括辐射叠层超表面天线，基于辐射叠层超表面单元的毫米波阵列、馈电网络。由于采用叠层设计的超表面单元，可以缩小超表面天线占用的面积，同时还能保证宽带的匹配。

(2)本发明通过采用耦合抵消路径的去耦枝节实现了宽带的高隔离效果，并且改善了工作频带内的有源驻波比和阵列的扫描能力。