双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线

本发明属于无线通信，更具体地说，涉及一种双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线。

背景技术：

1、目前2g/3g/lte通信系统已经覆盖了0.69-0.96ghz和1.7-2.7ghz频段，我国四大运营商划分的5g频段已经覆盖了2.515-2.675ghz和3.3-3.6ghz频段，同时4.8-5.0ghz频段也划分为我国5g通信系统的备用频段。除了移动通信频段外，无线局域网以及全球互联接入网络也占用了2.4-2.7ghz与5.15-5.85ghz频段。可以看出，为了在满足多种领域需求的情况下同时又不另外占用额外的天面资源，基站天线多频化具有非常重要的意义。

2、单天线多频技术只存在一个辐射体，整体结构较为紧凑。但是由于不同频段天线组阵时所需的天线数以及单元间距不同，这种天线难以构成大规模多频阵列。对于室外宏基站需要高增益广覆盖，双频带或多频带应用需要具有紧凑尺寸、低成本、低质量、高孔径利用率和易于集成的优点，因此多天线多频系统更加适用，同时使用多天线系统更加容易实现双极化性能。

3、目前，已经有许多的研究者使用偶极子天线共口径技术来实现多频宽带覆盖，但是这种技术存在一定的局限性，例如其增益较低，且高度较高。近年来，研究者们发现超表面天线在实现宽带、高增益的同时还能保持非常紧凑的尺寸，这使得超表面天线成为近些年来的研究热点。因此利用超表面天线的优点来设计基站天线具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线，包括：

2、依序层叠设置的微带馈电结构、底层介质基板、金属接地板以及双层超表面结构；

3、所述双层超表面结构包括依序层叠设置的中层介质板、下层超表面、空气加载层、顶层介质板和上层超表面。

4、进一步的，所述下层超表面，包括中心贴片、第一矩形加载贴片、第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四矩形加载贴片；

5、所述中心贴片，位于底层介质基板的正中心，且所述第一矩形加载贴片、第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四加载矩形贴片环绕所述中心贴片放置；

6、所述第一矩形加载贴片与所述中心贴片的距离为g3，所述第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四矩形加载贴片与所述中心贴片的距离为g2。

7、进一步的，所述金属接地板刻蚀有6个缝隙，分别为：第一i型馈电缝隙、第二i型馈电缝隙、第一矩形加载缝隙、第二矩形加载缝隙、第三矩形加载缝隙和第四矩形加载缝隙；

8、其中，所述第一i型馈电缝隙和是第二i型馈电缝隙尺寸不同且相互垂直，分别刻蚀于所述金属地板中心位置的两侧；

9、所述第一i型馈电缝隙，用于激励垂直极化辐射模式；

10、所述第二i型馈电缝隙，用于激励水平极化辐射模式；

11、所述第一矩形加载缝隙、第二矩形加载缝隙、第三矩形加载缝隙和第四矩形加载缝隙分别刻蚀于所述第一i型馈电缝隙和第二i型馈电缝隙的四周。

12、进一步的，所述第一矩形加载缝隙、第二矩形加载缝隙、第三矩形加载缝隙和第四矩形加载缝隙的刻蚀位置分别位于下层超表面的第一矩形加载贴片、第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四矩形加载贴片的正下方。

13、进一步的，所述微带馈电结构由第一y型微带馈线和第二y型馈电馈线构成，所述第一y型微带馈线位于所述第一i型馈电缝隙的正下方，所述第二y型馈电馈线位于所述第二i型馈电缝隙正下方，分别控制垂直和水平极化辐射模式。

14、进一步的，所述第一y型微带馈线加载了电桥结构，并在末端进行弯折。

15、相比于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：

16、本发明具有低剖面、双宽带、高隔离度以及高增益特性，能够在两个5g频带轻松实现稳定的双极化定向辐射性能。

技术特征：

1.一种双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述下层超表面，包括中心贴片、第一矩形加载贴片、第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四矩形加载贴片；

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属接地板刻蚀有6个缝隙，分别为：第一i型馈电缝隙、第二i型馈电缝隙、第一矩形加载缝隙、第二矩形加载缝隙、第三矩形加载缝隙和第四矩形加载缝隙；

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一矩形加载缝隙、第二矩形加载缝隙、第三矩形加载缝隙和第四矩形加载缝隙的刻蚀位置分别位于下层超表面的第一矩形加载贴片、第二矩形加载贴片、第三矩形加载贴片和第四矩形加载贴片的正下方。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述微带馈电结构由第一y型微带馈线和第二y型馈电馈线构成，所述第一y型微带馈线位于所述第一i型馈电缝隙的正下方，所述第二y型馈电馈线位于所述第二i型馈电缝隙正下方，分别控制垂直和水平极化辐射模式。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第一y型微带馈线加载了电桥结构，并在末端进行弯折。

技术总结
本发明公开了一种双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线，包括依序层叠设置的微带馈电结构、底层介质基板、金属接地板以及双层超表面结构；所述双层超表面结构包括依序层叠设置的中层介质板、下层超表面、空气加载层、顶层介质板和上层超表面。本发明通过设计多层超表面结构，结合加载缝隙以及合理的馈电结构，最终实现了具有低剖面、双宽带、高隔离度以及高增益特性的双层超表面结构的低剖面双频双极化高增益超表面天线。

技术研发人员：常玉梅,岑浩宇,隽月,李波,许丽洁
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13