CN112768911A - 一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，包括金属接地板、介质基板、超表面和馈电探针，其中，所述超表面设置于所述介质基板的上表面，所述金属接地板设置于所述介质基板的下表面，所述超表面包括交错排列的矩形贴片阵列，其中心处的矩形贴片作为驱动单元，其它矩形贴片为耦合单元，所述馈电探针纵向贯穿所述超表面和介质基板，与所述中心处的矩形贴片连接。本发明的超表面，采用了类似的微带贴片的技术，具有易集成和易加工的特点，而且剖面低；通过在引入了超表面，这种结构不仅能够产生双谐振频点的宽带特性，而且提高了传统贴片天的增益。同时，这种结构实现了垂直平面上交叉极化的抑制。

Description

一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线
技术领域
本发明涉及通讯天线领域，更具体地，涉及一种基于矩形贴片阵列交错排列的超表面天线。
背景技术
传统的矩形贴片天线具有低剖面、易制作、低成本的优点，但同时也因为其窄带特性和较低的增益而不适合在现代通信系统中应用。尽管通过牺牲其低剖面的特性能够得到一定的带宽提升，但这种方法依旧难以使贴片天线得到广泛的应用。之后，不断有新的技术和方法被提出并应用于改进传统贴片天线的性能，例如：通过改变馈电形状也能够增大一定的带宽，但是天线的结构会变得较为复杂，不如传统贴片天线的制作简单；通过在贴片上刻蚀不同形状的缝隙也能使得带宽得到提升，但是天线的增益仍有待进一步提高。近年来，超表面得益于其独特的电磁特性而得到广泛关注，通过在传统矩形贴片中应用超表面不仅能够增大天线的带宽，而且也能够提升一定的天线增益。已有的提升传统贴片天线增益的方法是直接将超表面加载在天线的上方，但是这种天线具有双层结构，存在性能不稳定的风险。
公开日为2017年11月24日，公开号为CN107394381A的中国专利公开了一种基于堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线，包括：由3段首尾相连的印刷在介质板两侧的金属层及连接2层的金属化通孔构成的圆极化天线单元、由金属化通孔腔体及4个天线单元构成的2×2天线子阵、由金属化通孔构成的16路全并行馈电网络、馈电层和金属腔及天线之间用于耦合馈电的缝隙、用于测试的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)与基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)之间的转接结构，但是该天线的设计比较复杂。
发明内容
本发明提供一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，提升了传统矩形贴片天线的增益。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，包括金属接地板、介质基板、超表面和馈电探针，其中，所述超表面设置于所述介质基板的上表面，所述金属接地板设置于所述介质基板的下表面，所述超表面包括交错排列的矩形贴片阵列，其中心处的驱动矩形贴片作为驱动单元，其它为耦合矩形贴片，耦合矩形贴片为耦合单元，所述馈电探针纵向贯穿所述超表面和介质基板，与所述中心处的矩形贴片连接。
优选地，所述矩形贴片阵列的范围具体设置为：
以作为耦合单元的耦合矩形贴片的大小，排列2×7阵列的矩形贴片阵列。
优选地，所述交错排列的矩形贴片阵列具体设置为：
将交错后的矩形贴片超出矩形贴片阵列的范围的部分去掉，矩形贴片阵列的范围内缺少矩形贴片的位置也将会补上矩形贴片，保证交错排列后矩形贴片阵列仍然在该大矩形范围内。
优选地于，所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔g毫米。
优选地，所述馈电探针设置于距离天线中心驱动矩形贴片单元的中心处d毫米处，且所述馈电探针设置于所述天线的中轴线上。
优选地，所述介质基板为固体电介质。
优选地，所述天线采用印刷电路板技术制作而成。
优选地，所述作为耦合单元的耦合矩形贴片的长度为10.7mm，宽度为4.8mm。
优选地，所述作为驱动单元的驱动矩形贴片的长度为16.5mm，宽度为4.8mm。
优选地，所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔0.5毫米，所述馈电探针设置于距离天线中心驱动矩形贴片单元的中心处3.4毫米处。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的超表面，采用了类似的微带贴片的技术，具有易集成和易加工的特点，而且剖面低；通过在引入了超表面，这种结构不仅能够产生双谐振频点的宽带特性，而且提高了传统贴片天的增益。同时，这种结构实现了垂直平面上交叉极化的抑制。
附图说明
图1为实施例的透视图。
图2为实施例的俯视图。
图3是实施例的侧视图。
图4是实施例的反射系数图。
图5是实施例的增益图。
图6为实施例在φ＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图7为实施例在φ＝90°的滚动角平面上的辐射方向图。
附图标号说明：
Figure BDA0002867889410000031
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，如图1至图3，包括金属接地板4、介质基板5、超表面和馈电探针1，其中，所述超表面设置于所述介质基板5的上表面，所述金属接地板4设置于所述介质基板5的下表面，所述超表面包括交错排列的矩形贴片阵列，其中心处的驱动矩形贴片2作为驱动单元，其它为耦合矩形贴片3，耦合矩形贴片3为耦合单元，所述馈电探针1纵向贯穿所述超表面和介质基板5，与所述中心处的矩形贴片连接。
所述矩形贴片阵列的范围具体设置为：
以作为耦合单元的耦合矩形贴片3的大小，排列2×7阵列的矩形贴片阵列。
所述交错排列的矩形贴片阵列具体设置为：
将交错后的矩形贴片超出矩形贴片阵列的范围的部分去掉，矩形贴片阵列的范围内缺少矩形贴片的位置也将会补上矩形贴片，保证交错排列后矩形贴片阵列仍然在该大矩形范围内。
所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔g毫米。
所述馈电探针1设置于距离天线中心驱动矩形贴片2单元的中心处d毫米处，且所述馈电探针1设置于所述天线的中轴线上。
所述介质基板5为固体电介质。
所述天线采用印刷电路板技术制作而成。
所述作为耦合单元的耦合矩形贴片3的长度为10.7mm，宽度为4.8mm。
所述作为驱动单元的驱动矩形贴片2的长度为16.5mm，宽度为4.8mm。
所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔0.5毫米，所述馈电探针1设置于距离天线中心驱动矩形贴片2单元的中心处3.4毫米处。
在具体实施过程中，天线装配在介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，边长为50mm，厚度为3mm的介质基板55上。作为驱动单元的驱动矩形贴片2的长度为16.5mm，其余作为耦合单元的耦合矩形贴片3长度为10.7mm，所有矩形贴片的宽度为4.8mm。由2×7交错矩形贴片阵列所构成的超表面长度为36.6mm，宽度为21.9mm。馈电探针11距中心位置的距离为3.4mm，馈电探针11的直径为1.25mm
图4是本发明的反射系数曲线图，从图4中可以看出阻抗带宽(|S11|<-10dB)从5.26GHz到6.60GHz，约为22.3％。
图5是本发明的增益图，从图5可以看出最大的增益约为9.94dBi。
图6、图7是本发明工作在6.00GHz，在在φ＝0°和φ＝90°的滚动角平面上的辐射方向图。从图中方向图可以看出，该天线具有在垂直方向上对交叉极化有较好的抑制。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，包括金属接地板、介质基板、超表面和馈电探针，其中，所述超表面设置于所述介质基板的上表面，所述金属接地板设置于所述介质基板的下表面，所述超表面包括交错排列的矩形贴片阵列，其中心处的驱动矩形贴片作为驱动单元，其它为耦合矩形贴片，耦合矩形贴片为耦合单元，所述馈电探针纵向贯穿所述超表面和介质基板，与所述中心处的矩形贴片连接。
2.根据权利要求1所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述矩形贴片阵列的范围具体设置为：
以作为耦合单元的耦合矩形贴片的大小，排列2×7阵列的矩形贴片阵列。
3.根据权利要求2所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述交错排列的矩形贴片阵列具体设置为：
将交错后的矩形贴片超出矩形贴片阵列的范围的部分去掉，矩形贴片阵列的范围内缺少矩形贴片的位置也将会补上矩形贴片，保证交错排列后矩形贴片阵列仍然在该大矩形范围内。
4.根据权利要求3所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔g毫米。
5.根据权利要求4所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述馈电探针设置于距离天线中心驱动矩形贴片单元的中心处d毫米处，且所述馈电探针设置于所述天线的中轴线上。
6.根据权利要求5所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述介质基板为固体电介质。
7.根据权利要求6所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述天线采用印刷电路板技术制作而成。
8.根据权利要求7所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述作为耦合单元的耦合矩形贴片的长度为10.7mm，宽度为4.8mm。
9.根据权利要求8所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述作为驱动单元的驱动矩形贴片的长度为16.5mm，宽度为4.8mm。
10.根据根据权利要求9所述的矩形贴片阵列交错排列的超表面天线，其特征在于，所述矩形贴片阵列中的所有矩阵贴片相互间隔0.5毫米，所述馈电探针设置于距离天线中心驱动矩形贴片单元的中心处3.4毫米处。
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