一种口径可控的超表面滤波天线的制作方法

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种口径可控的超表面滤波天线。

背景技术：

微带贴片天线由于其低剖面的特性而被广泛应用于无线通信，传感和雷达系统，然而贴片天线在带宽与增益上存在很大限制，故超表面天线技术被用于改善这些缺点。超表面天线技术，通常由相互耦合的多贴片构成辐射表面，具有低剖面，高增益，宽带等良好特性。

现有的超表面天线，一般采用多个密集排布的矩形、“h”型、圆形或其它形状的贴片作为辐射单元，并用耦合馈电的方式激励，形成高增益或宽带天线，然而这些天线的口径调控自由度较低，并且大多数不具备滤波特性。部分超表面天线在馈电结构上附加枝节和短路孔使得天线具有滤波特性，但并没有提出天线口径的控制方式，以便调整波束宽度。因此，同时具有天线口径控制特性及滤波特性的超表面天线，有利于提高天线的设计自由度及改善天线的带外抑制，减少系统复杂度，具有重要价值。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种口径可控的超表面滤波天线。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种口径可控的超表面滤波天线，包括：依次层叠设置的设置有微带线的底层结构、设置有金属化大地的中层结构、以及设置有多块金属贴片的顶层结构，

金属化大地上开设有与微带线垂直设置的条形槽，多块金属贴片沿条形槽对称设置，

每块金属贴片上沿其对角线中心对称分布设置有多个金属化接地孔，金属化大地上在与金属贴片的金属化接地孔相应位置也设置有金属化接地孔，每块金属贴片均通过金属化接地孔与金属化大地连接。

在本发明实施例上述的口径可控的超表面滤波天线中，所述顶层结构上设置有两块沿条形槽对称设置的金属贴片。

在本发明实施例上述的口径可控的超表面滤波天线中，所述顶层结构上设置有四块沿条形槽对称设置且同时沿微带线对称设置的金属贴片。

在本发明实施例上述的口径可控的超表面滤波天线中，所述顶层结构上设置有十六块沿条形槽对称设置且同时沿微带线对称设置的金属贴片。

在本发明实施例上述的口径可控的超表面滤波天线中，所述金属贴片为正方形金属贴片。

在本发明实施例上述的口径可控的超表面滤波天线中，每块金属贴片上沿其对角线中心对称分布设置有四个金属化接地孔，且每个金属化接地孔均设置在金属贴片的对角线上。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在保持金属接地孔沿各自金属贴片的对角线中心对称分布的同时，将金属接地孔之间的孔间距与金属贴片尺寸同步改变，能够实现保持天线工作频率不变的条件下改变天线口径；同时，金属贴片上的金属接地孔能够使得在低于天线工作频率的某个频率上，金属贴片中心处的电场与金属贴片两旁的电场相互抵消，从而产生一个辐射零点；而微带线在条形槽另一侧的长度，使得天线在高于工作频率的某个频率上，产生了另一个辐射零点，实现了滤波效果。这样该口径可控的超表面滤波天线能够在保持工作频带不变的条件下控制超表面天线的口径，提高了波束宽度设计选择自由度，并且在工作频带上下边均形成一个辐射零点，提高了频率选择性，实现了滤波效果，有助于提高系统的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线中底层结构俯视图；

图3是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线中中层结构俯视图；

图4是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线中顶层结构俯视图；

图5是本发明实施例一提供的一种顶层结构中金属贴片排布示意图；

图6是本发明实施例一提供的又一种顶层结构中金属贴片排布示意图；

图7是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线仿真结果示例图；

图8是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线在10ghzxoz面仿真的归一化方向图；

图9是本发明实施例一提供的一种口径可控的超表面滤波天线在10ghzyoz面仿真的归一化方向图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种口径可控的超表面滤波天线，参见图1，该超表面滤波天线可以包括：依次层叠设置的设置有微带线8的底层结构3、设置有金属化大地7的中层结构2、以及设置有多块金属贴片4的顶层结构1。

其中，参见图2-4，金属化大地7上开设有与微带线8垂直设置的条形槽6，多块金属贴片4沿条形槽6对称设置，每块金属贴片4上沿其对角线中心对称分布设置有多个金属化接地孔5，金属化大地7上在与金属贴片4的金属化接地孔5相应位置也设置有金属化接地孔5，每块金属贴片4均通过金属化接地孔5与金属化大地7连接。

在本实施例中，天线口径控制是指通过天线自身实现对口径的控制，从而实现波束宽度的自由选择。具体来说，天线接收到的信号通过微带线8馈入，经由条形槽6耦合到设置有金属化接地孔5的金属贴片4上，产生辐射，在保持金属化接地孔5沿各自金属贴片4的对角线中心对称分布的同时，将金属化接地孔5之间的孔间距与金属贴片4尺寸同步改变，能够实现保持天线工作频率不变的条件下改变天线口径，即改变天线的波束宽度。

滤波是指通过天线本身使天线在频域上获得较高的频率选择性，有助于提高系统的抗干扰能力。具体来说，金属贴片4上的金属接地孔5能够使得在低于天线工作频率的某个频率上，金属贴片4中心处的电场与金属贴片4两旁的电场相互抵消，从而产生一个辐射零点；而微带线8在条形槽6另一侧的长度，使得天线在高于工作频率的某个频率上，产生了另一个辐射零点，因此天线整体的频率选择性较好，实现了滤波效果。

在本实施例中，该口径可控的超表面滤波天线，能够在保持工作频带不变的条件下控制超表面天线的口径，提高了波束宽度设计选择自由度，并且在工作频带上下边均形成一个辐射零点，提高了频率选择性，实现了滤波效果，有助于提高系统的抗干扰能力。

可选地，参见图5，顶层结构1上设置有两块沿条形槽6对称设置的金属贴片4。

可选地，参见图4，顶层结构1上设置有四块沿条形槽6对称设置且同时沿微带线8对称设置的金属贴片4。

可选地，参见图6，顶层结构1上设置有十六块沿条形槽6对称设置且同时沿微带线8对称设置的金属贴片4。

在本实施例中，在保持天线整体结构相对于条形槽6对称分布的条件下，金属贴片4可以有多种排布方式，如图4-6所示2×2、1×2、4×4等组成方式，这里不做限制。

可选地，参见图4，金属贴片4为正方形金属贴片。

进一步地，参见图4，每块金属贴片4上沿其对角线中心对称分布设置有四个金属化接地孔5，且每个金属化接地孔5均设置在金属贴片4的对角线上。

在本实施例中，将多个具有对角线中心对称分布金属接地过孔5的金属贴片4组成超表面辐射体，并通过微带线8耦合馈电形成天线，天线的口径可控(通过同时改变金属贴片4的尺寸和金属贴片4中金属接地孔5之间的孔间距来实现)，所以能够获得不同的波束宽度，同时形成辐射零点构成滤波特性。

此外，图7是上述口径可控的超表面滤波天线，如图4所示2×2案例获得的天线仿真匹配及增益响应。从图7可见，其工作带宽可覆盖9.3-10.7ghz，频带内增益范围为8.8-10.1dbi，且在频带低频与高频处分别实现一个辐射零点，使天线具备了滤波特性。图8和9是上述口径可控的超表面滤波天线，不同参数时所获得的在10ghz处的仿真归一化方向图，可见通过调控天线的口径可以改变天线e面和h面的波束宽度。上述仿真实验中采用的是介电常数为3.55，损耗角为0.0027的ro4003c基板，天线厚度为1.52mm，即在10ghz时为0.05λ0。

本发明实施例通过在保持金属接地孔沿各自金属贴片的对角线中心对称分布的同时，将金属接地孔之间的孔间距与金属贴片尺寸同步改变，能够实现保持天线工作频率不变的条件下改变天线口径；同时，金属贴片上的金属接地孔能够使得在低于天线工作频率的某个频率上，金属贴片中心处的电场与金属贴片两旁的电场相互抵消，从而产生一个辐射零点；而微带线在条形槽另一侧的长度，使得天线在高于工作频率的某个频率上，产生了另一个辐射零点，实现了滤波效果。这样该口径可控的超表面滤波天线能够在保持工作频带不变的条件下控制超表面天线的口径，提高了波束宽度设计选择自由度，并且在工作频带上下边均形成一个辐射零点，提高了频率选择性，实现了滤波效果，有助于提高系统的抗干扰能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。