CN111987437A - 一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，采用三层介质基板，由上而下叠放，包括第一层介质基板，第二层介质基板和第三层介质基板；第一层介质基板上表面印制有用于容性加载的金属寄生贴片结构，所述金属寄生贴片结构包括若干个周期排列的寄生贴片单元；第二层介质基板上表面印制有超表面辐射结构，下表面印制有开有耦合缝隙的金属地板；所述超表面结构包括若干个独立的超表面贴片单元和单元间的缝隙；第三层介质基板上表面与金属地板贴合，下表面印制有馈电网络。本发明的基于双层容性加载的超表面天线在保证宽带特性的同时，有效地实现了小型化，在尺寸缩小的同时，仍能保证高增益特性。

Description

一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线

技术领域

本发明涉及一种超表面天线，具体涉及一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线。

背景技术

随着现代无线通信系统的发展，对宽带天线的需求日益增加。微带贴片天线由于其剖面低、重量轻、成本低，易于与印刷电路兼容等优点而受到广泛关注。但是，传统的微带贴片天线阻抗带宽较窄、增益较低，虽然目前有许多技术可以克服这一缺点，比如利用电容探针馈电、L探针馈电、孔径耦合、U/E开槽贴片和堆叠贴片等，但通常需要介电常数较低的厚介质基板，难以实现低剖面(D.Chen,W.Yang,W.Che and Q.Xue,“Broadband stable-gain multiresonance antenna using nonperiodic square-ring metasurface,”IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,vol.18,no.8,pp.1537-1541,Aug.2019.)。

近年来倍受关注的超表面天线，采用周期性的贴片单元，可以在实现低剖面的同时获得较宽的带宽和较好的辐射性能。W.Liu等人提出了口径耦合的超表面天线，在剖面仅为0.06λ₀时，阻抗带宽达到28％(W.Liu,Z.N.Chen and X.Qing,“Metamaterial-basedlow-profile broadband aperture-coupled grid-slotted patch antenna,”IEEETransactions on Antennas and Propagation,vol.63,no.7,pp.3325-3329,July2015.)。与传统的微带贴片天线相比，超表面天线在增益和带宽等性能方面具有明显的优势，但其整体尺寸通常较大(～1.1λ₀)，这就导致超表面天线在阵列设计和集成上存在一定的困难。目前来说，实现超表面天线的小型化方法一般有以下几种：采用双层/多层结构、加载谐振结构(C.Zhao and C.Wang,“Characteristic mode design of wide bandcircularly polarized patch antenna consisting of H-shaped unit cells,”IEEEAccess,vol.6,pp.25292-25299,2018.)、增加电流路径^[7]、减小单元间的缝隙、使用高介电常数的介质板(W.E.I.Liu,Z.N.Chen,X.Qing,J.Shi and F.H.Lin,“Miniaturizedwideband metasurface antennas,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.65,no.12,pp.7345-7349,Dec.2017.)等，但这些方法通常存在剖面高、带宽窄、尺寸减小有限等问题。因此，如何在设计出结构紧凑的超表面天线的同时保持高性能是亟待解决的问题。

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双层容性加载的宽带小型化超表面天线，通过在单层介质基板的超表面结构上加载印制有用于容性加载的金属寄生贴片结构的介质基板，选取合适位置，使得金属寄生贴片结构与单层介质的超表面结构的单元及单元间距在俯视角度上均产生重叠，从而引入容性加载，实现结构紧凑且宽带的双层容性加载的超表面辐射结构。选取合适的馈电结构，本发明能在较低的剖面下实现具有宽带、平稳高增益、小型化特性的超表面天线。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，采用三层介质基板，由上而下叠放，包括第一层介质基板，第二层介质基板和第三层介质基板；

第一层介质基板上表面印制有用于容性加载的金属寄生贴片结构，所述金属寄生贴片结构包括若干个周期排列的金属寄生贴片单元；

第二层介质基板上表面印制有超表面辐射结构，下表面印制有开有耦合缝隙的金属地板；所述超表面结构包括若干个独立的超表面贴片单元和单元间的缝隙；

第三层介质基板上表面与金属地板贴合，下表面印制有馈电网络。

进一步地，所述金属寄生贴片单元沿着第二层介质基板上的超表面贴片单元间的缝隙进行放置，并与超表面贴片单元、单元间的缝隙在俯视角度上均有一定的重叠，从而引入容性加载，使得第一层介质基板、第二层介质基板及第一层介质基板和第二层介质基板上的金属结构构成双层容性加载的超表面辐射结构。

进一步地，信号由馈电网络输入，经金属地板上的耦合缝隙耦合到双层容性加载的超表面辐射结构，所述双层容性加载的超表面辐射结构将信号能量定向地向上辐射，从而实现具有宽带、平稳高增益、低剖面特性的小型化超表面天线。

进一步地，第二层介质基板上表面印制的超表面结构呈轴对称或者非轴对称设置。

进一步地，所述超表面贴片单元为金属贴片，该金属贴片的形状包括但不局限于正方形；所述超表面贴片单元为正方形超表面贴片单元或者切角型金属贴片；

所述金属寄生贴片单元包括但不局限于正方形的金属寄生贴片。

进一步地，所述金属寄生贴片单元沿着极化方向放置，实现超表面结构的小型化；采用不同端口输入模式的天线馈电结构，将金属寄生贴片沿着各输入模式极化方向放置，能实现不同端口模式的超表面天线的小型化；单端口输入能实现单极化超表面天线的小型化，双端口输入能实现双极化超表面天线的小型化。

进一步地，所述金属地板中心开有耦合缝隙，选取耦合缝隙的激励方式，用于耦合所述双层容性加载的超表面辐射结构，使其将信号能量进行辐射。

进一步地，所述耦合缝隙的形状包括但不局限于矩形、阶梯状矩形、梯形。

进一步地，所述馈电网络包括微带金属片，用于耦合所述金属地板上的耦合缝隙进行馈电，从而进一步使超表面辐射结构将能量进行辐射；所述微带金属片的形状包括但不局限于Y型、矩形、阶梯状矩形。

进一步地，所述金属寄生贴片结构的容性加载的方式包括对称的金属寄生贴片单元加载、非对称形式的金属寄生贴片单元或金属寄生贴片单元与金属柱组合加载的形式以进一步实现小型化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明首次提出双层容性加载的超表面结构，通过在单层介质基板的超表面结构上加载印制有用于容性加载的金属寄生贴片结构的介质基板，选取合适位置，使得金属寄生贴片结构与单层介质的超表面结构的单元及单元间距在俯视角度上均产生重叠，从而引入容性加载，实现结构紧凑且宽带的双层容性加载的超表面辐射结构。与常见的超表面结构相比，超表面结构的尺寸可以大大减小。

采用这种双层容性加载的超表面结构来设计天线，可以引入更大的感抗，在实现小型化的同时，保证了带宽；用于容性加载的金属寄生贴片也参与辐射，在尺寸缩小的同时，仍能保证高增益特性；将其应用于天线设计中，并选取合适的馈电形式，可以在较低的剖面下实现具有宽带、平稳高增益等特性的小型化超表面天线。

采用这种双层容性加载的超表面结构，第一层介质基板上表面印制的金属寄生贴片结构是沿着极化方向放置的，作用是在保证宽带的同时实现超表面结构的小型化；若采用不同端口输入模式的天线馈电结构，将金属寄生贴片沿着各输入模式极化方向放置，可以实现不同端口模式的超表面天线的小型化，单端口输入可以实现单极化超表面天线的小型化，双端口输入可以实现双极化超表面天线的小型化；若在不同形状的周期性超表面贴片上方加载印制有金属寄生贴片结构的介质基板，可以实现不同极化模式下的超表面天线小型化，正方形超表面贴片单元情况下可以实现线极化超表面天线的小型化，切角型金属贴片可以实现圆极化超表面天线的小型化。

采用这种双层容性加载的超表面结构，用于容性加载的金属寄生贴片形状不局限于矩形，所述容性加载的方式也不局限于对称的金属寄生贴片加载，也可以为非对称形式的金属寄生贴片或金属寄生贴片与金属柱组合加载的形式以进一步实现小型化。在保证一定周期性的同时，引入了更多的设计自由度。

本发明结构简单，加工容易，成本和重量都相对较小，可以大规模生产。

附图说明

图1a为本实施例双层容性加载的宽带小型化超表面天线的结构三维图；

图1b为本实施例双层容性加载的宽带小型化超表面天线的俯视图；

图1c为本实施例双层容性加载的宽带小型化超表面天线的仰视图；

图1d为本实施例双层容性加载的宽带小型化超表面天线的侧视图。

图2a为单层方形超表面贴片单元的俯视图，

图2b为单层方形超表面贴片单元的侧视图；

图2c为本发明中的对称双层容性加载超表面贴片单元的俯视图,

图2d为对称双层容性加载超表面贴片单元的侧视图；

图2e为本发明中的非对称双层容性加载超表面贴片单元的俯视图，

图2f为非对称双层容性加载超表面贴片单元的侧视图。

图3为三种超表面贴片单元结构的反射特性对比示意图。

图4a为传统的方形超表面天线示意图；

图4b为本发明中采用对称双层容性加载的超表面天线示意图；

图4c为本发明采用非对称双层容性加载的超表面天线示意图；

图5a为三种天线的S₁₁曲线对比示意图；

图5b为三种天线的增益曲线对比示意图；

图6a为对称双层容性加载的超表面天线在6GHz处的辐射方向图；

图6b为对称双层容性加载的超表面天线在7GHz处的辐射方向图；

图6c为对称双层容性加载的超表面天线在8GHz处的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1a、图1b、图1c、图1d所示，一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，采用三层叠放方式的介质基板，由上而下，包括第一层介质基板8，第二层介质基板6和第三层介质基板7；

所述第一层介质基板8的介电常数[2.2,10.2]，厚度h₂为[0.001λ₀,0.05λ₀]；第二层介质基板6的介电常数为[2.2,10.2]，厚度h₀为[0.001λ₀,0.1λ₀]；第三层介质基板7的介电常数为[2.2,10.2]，厚度h₁为[0.001λ₀,0.1λ₀]；其中，λ₀为自由空间波长。

第一层介质基板8上表面印制有金属寄生贴片结构9，第二层介质基板6上表面印制有超表面结构1，第一层与第二层介质基板及其金属结构构成一种双层容性加载的超表面辐射结构13。在此，需要注意的是，第一层介质基板上表面印制的周期性排列的金属寄生贴片单元10沿着第二层介质基板上印制的超表面贴片单元间的缝隙11放置，并与超表面贴片单元2、单元间的缝隙11在俯视角度上均有一定的重叠，这种重叠引入容性加载，使得第一层介质基板8与第二层介质基板6及其金属结构构成双层容性加载的超表面辐射结构13，从而在保证宽带的同时实现小型化。第二层介质基板下表面印制有开有耦合缝隙4的金属地板3；第三层介质基板7上表面与金属地板3贴合，下表面印制有馈电网络5；

能量由馈电网络5输入，经金属地板3上的耦合缝隙4耦合到双层容性加载的超表面辐射结构13，所述双层容性加载的超表面辐射结构13将能量定向地向上辐射，从而实现具有宽带、平稳高增益、低剖面特性的小型化超表面天线。

所述双层容性加载的超表面辐射结构13的第二层介质基板6上表面印制的超表面结构1呈轴对称设置，包括若干个独立的超表面贴片单元2和单元间的缝隙11，所述金属贴片的形状包括但不局限于正方形；超表面贴片单元2的尺寸W₁为[0.05λ₀,0.2λ₀]，单元间的缝隙11尺寸G为[0.001λ₀,0.02λ₀]；其中，λ₀为自由空间波长。

所述双层容性加载的超表面结构13的第一层介质基板8上表面印制有金属寄生贴片结构9，金属寄生贴片结构9包括若干个周期性排列的金属寄生贴片单元10，金属寄生贴片单元10的长a为[0.01λ₀,0.1λ₀]，宽b为[0.01λ₀,0.1λ₀]。金属寄生贴片单元10沿着超表面贴片单元间的缝隙11进行放置，并与超表面贴片单元2、单元间的缝隙11在俯视角度上均有一定的重叠，从而引入容性加载；所述金属寄生贴片单元10的形状包括但不局限于正方形，所述容性加载的方式也不局限于对称的金属寄生贴片单元10加载，也可以为非对称形式的金属寄生贴片单元10或金属寄生贴片单元10与金属柱组合加载的形式以进一步实现小型化。

所述双层容性加载超表面结构13的金属寄生贴片单元10沿着天线的极化方向放置，作用是在保证宽带的同时实现超表面结构的小型化；若采用不同端口输入模式的天线馈电结构，将金属寄生贴片单元10沿着各输入模式极化方向放置，可以实现不同端口模式的超表面天线的小型化，单端口输入可以实现单极化超表面天线的小型化，双端口输入可以实现双极化超表面天线的小型化；若在不同形状的周期性超表面贴片单元2上方加载印制有金属寄生贴片结构的介质基板，可以实现不同极化模式下的超表面天线小型化，所述超表面贴片单元2为正方形超表面贴片单元情况下可以实现线极化超表面天线的小型化，所述超表面贴片单元2为切角型金属贴片可以实现圆极化超表面天线的小型化。

所述金属地板3中心开有耦合缝隙4，选取耦合缝隙4的激励方式，用于耦合所述双层容性加载的超表面辐射结构13，使其将能量进行辐射；所述耦合缝隙4的形状包括但不局限于矩形、阶梯状矩形、梯形。

所述馈电网络5包括微带金属片，用于耦合所述金属地板3上的耦合缝隙4进行馈电，从而进一步使得双层容性加载的超表面辐射结构13将能量进行辐射；所述微带金属片的形状包括但不局限于Y型、矩形、阶梯状矩形。

结合图1和图2，双层容性加载的超表面辐射结构13中，单层介质板上的超表面贴片单元2的尺寸W₁为[0.05λ₀,0.2λ₀]，单元间缝隙G为[0.001λ₀,0.02λ₀]；用于容性加载的金属寄生贴片单元10长度a为[0.01λ₀,0.18λ₀]，宽b为[0.01λ₀,0.1λ₀]；其中，λ₀为自由空间波长。

如图1c所示，金属地板3的大小G_L为[0.3λ₀,λ₀]；在金属地板3上所开的呈矩形的耦合缝隙4的整体长度2×Lss为[0.1λ_g,0.8λ_g]，宽Ws为[0.05λ_g,0.5λ_g]，其中λ_g为第二层介质基板6的介质有效波长。馈电网络5中的微带金属片5长为[0.1λ_g1,0.8λ_g1]，宽度为[0.1λ_g1,0.5λ_g1]，其中λ_g1为第三层介质基板7的介质有效波长。

本实施例中，提供了两种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线的实施方案，分别命名为方案1～方案2，其中方案1采用对称双层容性加载的超表面辐射结构，方案2采用非对称双层容性加载的超表面辐射结构，分别对应图4b、图4c；图4a为传统的方形超表面天线示意图。

方案1：以实施例中的基于对称双层容性加载的宽带小型化超表面天线为例，如图4b所示，具体实施方案及尺寸如下：

从上而下，第一层介质基板8的介电常数ε_r为3.55，厚度h₂为0.203mm；第二层介质基板6的介电常数ε_r为3.55，厚度h₀为3.25mm；第三层介质基板7的介电常数ε_r为3.55，厚度h₁为0.813mm；双层容性加载的超表面辐射结构13通过在单层4×4的方形超表面结构1上加载印制有3×4的矩形金属寄生贴片结构9的第一层介质基板8而实现的；其中，矩形金属寄生贴片单元10沿着超表面贴片单元间的缝隙11放置，与超表面贴片单元2、单元间的缝隙11在俯视角度上均有一定的重叠，这种重叠引入容性加载，使得第一层与第二层介质基板及其金属结构构成一种双层容性加载的超表面辐射结构13，从而在保证宽带的同时实现小型化。在这里，天线的极化选取为单端口的沿着x方向的线极化，因此，仅在x方向的缝隙上加载多个金属寄生贴片单元10，实现超表面结构的小型化。其尺寸具体为：h₀＝3.25mm，h₂＝0.203mm；单层超表面贴片单元2的尺寸为W₁＝4mm，G₁＝1mm；金属寄生贴片单元10的尺寸为a＝3mm，b＝1.5mm；金属地板3的大小GL为20mm；在金属地板3上所开的呈矩形的耦合缝隙4的尺寸具体为：Lss＝17mm，Ws＝0.5mm；馈电网络5中的微带金属片的长为13mm，宽为1.85mm。

方案2：以实施例中的基于非对称双层容性加载的宽带小型化超表面天线为例，如图4c所示，具体实施方案及尺寸如下：

从上而下，第一层介质基板8的介电常数ε_r为3.55，厚度h₂为0.203mm；第二层介质基板6的介电常数ε_r为3.55，厚度h₀为3.25mm；第三层介质基板7的介电常数ε_r为3.55，厚度h₁为0.813mm；非对称双层容性加载的超表面辐射结构13通过在单层4×4的方形超表面结构1上加载印制有3×4的矩形金属寄生贴片结构9的第一层介质基板8，并且将矩形金属寄生贴片单元10与方形超表面贴片单元2通过金属柱12相连接而实现；其中，矩形金属寄生贴片单元10沿着超表面贴片单元间的缝隙11放置，与超表面贴片单元2、单元间的缝隙11在俯视角度上均有一定的重叠，这种重叠引入容性加载，而金属柱12可以进一步使得加载的电容增大，从而使得第一层与第二层介质基板及其金属结构构成一种非对称双层容性加载的超表面辐射结构13，从而在保证宽带的同时实现小型化。在这里，天线的极化选取为单端口的沿着x方向的线极化，因此，仅在x方向的缝隙上加载金属寄生贴片单元10，实现超表面结构的小型化。其尺寸具体为：h₀＝3.25mm，h₂＝0.203mm；单层超表面贴片单元2的尺寸为W₁＝3mm，G₁＝1mm；金属寄生贴片单元10的尺寸为a＝2.5mm，b＝2.5mm；金属地板3的大小GL为18mm；在金属地板3上所开的呈矩形的耦合缝隙4的尺寸具体为：Lss＝16.5mm，Ws＝0.6mm；馈电网络5中的微带金属片的长为14mm，宽为1.85mm。

结合图1a、图1b、图1c、图1d、图4b，方案1中的对称双层容性加载的超表面辐射结构13通过在单层4×4的方形超表面结构2上加载印制有3×4的矩形金属寄生贴片单元10的第一层介质基板8而实现容性加载，从而使得超表面结构在保证宽带的情况下实现小型化效果。所述耦合缝隙4的作用在于耦合能量，以激励起双层容性加载的超表面辐射结构13，从而实现天线的宽带小型化的特性。

结合图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f，通过常见的方形超表面贴片单元与本发明通过不同容性加载方式得到的两种双层容性加载超表面贴片单元的结构对比，可以发现，常见的方形超表面贴片单元通常为单层结构，尺寸较大，设计自由度比较小；而本发明中的超表面结构通过双层结构加载，尺寸很小，设计自由度比较大。

结合图3和表1，通过方形超表面贴片单元结构与本发明的两种双层容性加载超表面贴片单元2的反射特性对比及尺寸对比，可以发现，在保证中心频率及带宽基本不变的情况下，相比于常见的方形超表面贴片单元整体尺寸为10mm，双层容性加载超表面贴片单元2所需要的结构尺寸大为减小；其中，对称双层容性加载超表面贴片单元2的整体尺寸为5mm，非对称双层容性加载超表面贴片单元2的周期为4mm。这些结果表明，与常见的方形超表面贴片单元相比，本发明的双层容性加载的超表面贴片单元2在保证带宽的情况下，有效地实现了超表面结构的小型化。

表1不同超表面结构的小型化效果的比较

结合图4和图5a、图5b发现，通过本发明中通过在单层超表面结构上进行不同方式的容性加载而得到的两种双层容性加载的超表面天线与用作参考的常见的周期方形超表面天线的结构对比，可以发现，在同一工作频段下，相比于方形超表面天线(超表面结构尺寸为31.6mm×31.6mm)，双层容性加载的超表面天线所需要的结构尺寸更小；其中，方案1中的对称双层容性加载的超表面结构尺寸为17mm×17mm，方案2中的非对称双层容性加载的超表面结构为15mm×15mm。此外，相比于常见的方形超表面天线的带宽(30％)，双层容性加载的超表面天线所实现的带宽会更宽；其中，方案1中的对称双层容性加载的超表面天线的带宽为44.5％，方案2中的非对称双层容性加载的超表面天线的带宽为42.8％。这些结果表明，与常见的方形超表面天线相比，本发明的双层容性加载的超表面天线在保证带宽的同时，有效地实现了超表面天线的小型化；同时，由于双层介质板的引入，容性加载的方式具有多样性，使得整体天线的设计自由度提高。

结合图6a、图6b、图6c，由基于图4b的对称双层容性加载的超表面天线(方案1)的带内各频点处的辐射方向图可以发现，其交叉极化抑制效果较好，可达到30dB左右。

结合表1，与常见的方形超表面贴片单元相比，本发明的双层容性加载超表面贴片单元在保证带宽的同时，能够有效地减小尺寸；单元尺寸最小可缩小至0.058λ₀×0.058λ₀；同时，由于双层介质板的引入，容性加载的方式具有多样性，使得整体超表面结构的设计自由度提高。

结合表2，与常见的方形超表面天线相比，本发明的双层容性加载超表面天线在保证带宽的同时，能够有效地减小尺寸；超表面结构尺寸最小可缩小至0.356λ₀×0.356λ₀，超表面天线的整体尺寸最小可缩小至0.427λ₀×0.427λ₀，同时带宽可保证在42％。

表2不同超表面天线的性能对比

由上可知，本发明的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线可以有效地实现宽带、平稳高增益、低剖面、小型化等特性。

本发明通过在单层超表面结构上加载印制有金属寄生贴片结构的介质基板实现了具有宽带小型化特性的双层容性加载超表面辐射结构；通过缝隙激励的方式，使得小型化的超表面辐射结构辐射，从而形成宽带小型化的超表面天线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，采用三层介质基板，由上而下叠放，包括第一层介质基板（8），第二层介质基板（6）和第三层介质基板（7）；

第一层介质基板（8）上表面印制有用于容性加载的金属寄生贴片结构（9），所述金属寄生贴片结构（9）包括若干个周期排列的金属寄生贴片单元（10）；

第二层介质基板（6）上表面印制有超表面辐射结构（1），下表面印制有耦合缝隙（4）的金属地板（3）；所述超表面结构（1）包括若干个独立的超表面贴片单元（2）和单元间的缝隙（11）；

第三层介质基板（7）上表面与金属地板（3）贴合，下表面印制有馈电网络（5）。

2.根据权利要求1所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述金属寄生贴片单元（10）沿着第二层介质基板上的超表面贴片单元（2）单元间的缝隙（11）进行放置，并与超表面贴片单元（2）、单元间的缝隙（11）在俯视角度上均有重叠，从而引入容性加载，使得第一层介质基板（8）、第二层介质基板（6）及第一层介质基板（8）和第二层介质基板（6）上的金属结构构成双层容性加载的超表面辐射结构（13）。

3.根据权利要求2所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，信号由馈电网络（5）输入，经金属地板（3）上的耦合缝隙（4）耦合到双层容性加载的超表面辐射结构（13），所述双层容性加载的超表面辐射结构（13）将信号能量定向地向上辐射，从而实现具有宽带、平稳高增益、低剖面特性的小型化超表面天线。

4.根据权利要求3所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，第二层介质基板（6）上表面印制的超表面结构（1）呈轴对称或者非轴对称设置。

5.根据权利要求4所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述超表面贴片单元（2）为金属贴片，该金属贴片的形状包括但不局限于正方形；所述超表面贴片单元（2）为正方形超表面贴片单元或者切角型金属贴片；

所述金属寄生贴片单元（10）包括但不局限于正方形的金属寄生贴片。

6.根据权利要求5所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述金属寄生贴片单元（10）沿着极化方向放置，实现超表面结构的小型化；采用不同端口输入模式的天线馈电结构，将金属寄生贴片单元（10）沿着各输入模式极化方向放置，能实现不同端口模式的超表面天线的小型化；单端口输入能实现单极化超表面天线的小型化，双端口输入能实现双极化超表面天线的小型化。

7.根据权利要求6所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述金属地板（3）中心开有耦合缝隙（4），选取耦合缝隙（4）的激励方式，用于耦合所述双层容性加载的超表面辐射结构（13），使其将信号能量进行辐射。

8.根据权利要求7所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述耦合缝隙（4）的形状包括但不局限于矩形、阶梯状矩形、梯形。

9.根据权利要求8所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述馈电网络（5）包括微带金属片，用于耦合所述金属地板（3）上的耦合缝隙（4）进行馈电，从而进一步使超表面辐射结构（13）将能量进行辐射；所述微带金属片的形状包括但不局限于Y型、矩形、阶梯状矩形。

10.根据权利要求9所述的基于双层容性加载的宽带小型化超表面天线，其特征在于，所述金属寄生贴片结构（9）的容性加载的方式包括对称的金属寄生贴片单元（10）加载、非对称形式的金属寄生贴片单元（10）或金属寄生贴片单元（10）与金属柱组合加载的形式以进一步实现小型化。

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