[发明专利]一种宽带高增益双极化超表面天线

说明书

本发明属于天线设计领域，提供一种宽带高增益双极化超表面天线，用以解决传统双极化微带天线带宽窄的问题。本发明在传统4×4超表面基础上增加贴片的方式引入新的一对简并高次模式，通过激励三对简并模式的方式实现宽带特性；并通过在中心引入沿对角线分布的十字缝隙的方式，减小中间贴片的电尺寸，从而将三对模式的最强的电流均调整至直角梯形贴片上，使得放置于其下的缝隙能够同时高效地激励三对模式；同时通过在直角梯形贴片和矩形贴片上引入缝隙，利用缝隙对同向电流影响小，垂直电流影响大的效应，实现对两个极化模式电流的独立调节，减小其上反相电流的分布，从而提高天线的增益；最终实现具有高增益的宽带双极化天线。

技术领域

本发明属于天线设计领域，涉及双极化天线，具体提供一种宽带高增益双极化超表面天线。

背景技术

随着雷达、通信及电子对抗的发展，不仅要求天线小型化、重量轻、宽频段、高增益要求，同时为了满足收发一体化的需求，还需要天线具有双极化特性；双极化天线能同时发射或接收两个正交极化的电磁波，因此双极化天线还能提高频谱的利用率，能够有效地对抗信道多径衰落，提高系统的抗干扰能力。

目前，常用的双极化形式天线主要有交叉偶极子天线、混合结构的天线以及微带贴片天线；其中，交叉偶极子天线通常采用对两个独立端口分别馈电来实现天线的极化方式，但馈电部分体积大，导致整个天线的剖面高，不易设计；混合结构的天线采用不同的结构产生不同的极化，但由于结构不对称会导致很难实现低交叉极化，微带贴片天线通过对同一层介质上的不同贴片进行馈电或者不同介质层上的不同贴片进行馈电实现极化方式，其通常具有低剖面、体积小和馈电结构简单等优点，但是带宽一般比较窄，即使通过增加介质基板厚度或者添加寄生单元来拓宽带宽也很难满足现代通信系统对天线宽频带的需求；随着超表面天线的提出，为解决微带天线存在的问题提供了新思路。

发明内容

本发明的目的在于针对传统双极化微带天线带宽窄的问题，提供一种宽带高增益双极化超表面天线，具有宽带、高增益的优点，且结构简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种宽带高增益双极化超表面天线，从上往下依次包括：超表面结构1、第一介质基板2、金属地板层3、第二介质基板4、微带馈线结构5；其中，超表面结构设置于第一介质基板的上表面，金属地板层和微带馈线结构分别设置于第二介质基板的上表面和下表面；

其特征在于，所述超表面结构位于第一介质基板上表面的中心位置，且关于中心线对称；超表面结构包括：呈2×2阵列排布于中心位置的四个中心正方形贴片1-3、围绕中心正方形贴片排布的八个直角梯形贴片1-1与四个边缘正方形贴片1-4、以及对应排布于直角梯形贴片1-1外侧的八个矩形贴片1-2，其中，直角梯形贴片1-1对应排布于中心正方形贴片的外侧，边缘正方形贴片1-4分别排布于四角。

所述中心正方形贴片1-3沿对角线开设十字缝隙，中心正方形贴片的边长为W，相邻中心正方形贴片的间距为g₁，十字缝隙的宽度为s₁；

所述直角梯形贴片1-1的下底边对应中心正方形贴片、上底边对应矩形贴片、斜腰对应边缘正方形贴片，直角梯形贴片的上底边、下底边均与相邻边缘正方形贴片的边缘齐平；直角梯形贴片的下底边的长度为W₁、上底边的长度为W₂、高为W，且W₂为W₁的七分之六；直角梯形贴片1-1与相邻中心正方形贴片1-3的间距为g₁，直角梯形贴片1-1与相邻矩形贴片1-2的间距为g₁，同侧直角梯形贴片的间距为g、且g＝g₁+(W-W₁)，直角梯形贴片的斜腰与相邻边缘正方形贴片的最小间距为g₁；直角梯形贴片1-1上平行于斜腰开设第一条形缝隙，第一条形缝隙的宽度为s₂，第一条形缝隙在上底边的开口距离直角腰的距离为d、且d＝0.64×W₂；