CN218586339U - 一种低剖面宽带稳定增益超表面天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，包括有自上而下依次设置的超表面贴片、第一介质基板、第二介质基板以及接地板，第一介质基板、第二介质基板之间设置有微带馈线，超表面贴片设置为5×5排布的方形贴片，超表面贴片由中心区域的3×3中央方形贴片以及边缘贴片组成，其中，位于四角的边缘贴片引入一阶闵可夫斯基分形结构，其余边缘贴片为边贴片，其中边贴片细分为2×2的小贴片，接地板的中心蚀刻有矩形缝隙。本实用新型可以工作在C‑band(4.8‑6.6GHz)，结构简单，成本低，易于加工，满足无线通信系统天线低剖面和宽频带的要求，具有较高的工程实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种低剖面宽带稳定增益超表面天线。
背景技术
随着社会信息化进程不断加速，无线通信的优越性日益彰显。天线作为电磁波收发装置，其性能好坏直接影响无线通信的质量和效率。传统的微带天线无法同时满足低剖面、宽带和稳定增益的性能。超表面作为一种二维超材料，由于其超常的物理特性可以实现对电磁波振幅、相位和极化方式的调控，应用于天线设计中可以改善天线的剖面高度、带宽和增益等性能。由于具有以上优点，超表面天线已经广泛地被人们进行了研究。
关于稳定增益超表面天线的研究主要有以下三种类型：1)基于缝隙天线耦合馈电的稳定增益超表面天线；2)基于贴片天线馈电的稳定增益超表面天线；3)其他形式馈电的稳定增益超表面天线。如：D.X.Chen等人在论文“Wideband high-gain multi-resonanceantenna based on polarization-dependent metasurface”中设计了一种极化相关的稳定增益超表面天线，通过在方形超表面单元刻蚀水平缝隙和竖直缝隙分别引入了水平极化波和垂直极化波。采用缝隙天线激励超表面，多个相邻谐振模式组合实现稳定增益辐射。G.Feng等人在论文“Broadband Surface-Wave Antenna with a Novel NonuniformTapered Metasurface”中设计了一种基于贴片天线馈电的非均匀锥形稳定增益超表面天线，采用圆形贴片天线激励非均匀锥形超表面结构的TM01和TM02两种谐振模式，天线实现了6.34dBi的稳定增益。M.S.Alharbi等人在论文“A triple-slotted substrateintegrated cavity-fed 2×2metasurface antenna with wide bandwidth”中提出了一种介质集成波导(SIW)馈电的稳定增益超表面天线，该天线采用三缝隙基板集成波导激励2×2方形超表面，三种不同模式组合实现了稳定增益的性能。
如何设计出一种具有低剖面、宽带和稳定增益的天线是一个有待于解决的技术难题。因此，研究超表面天线是解决上述技术难题的有效途径。
实用新型内容
为解决现有技术的缺点和不足，提供一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，可以工作在C-band(4.8-6.6GHz)，结构简单，成本低，易于加工，满足无线通信系统天线低剖面和宽频带的要求，具有较高的工程实用价值。
为实现本实用新型目的而提供的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，包括有自上而下依次设置的超表面贴片、第一介质基板、第二介质基板以及接地板，所述第一介质基板、第二介质基板之间设置有微带馈线，所述超表面贴片设置为5×5排布的方形贴片，所述超表面贴片由中心区域的3×3中央方形贴片以及边缘贴片组成，其中，位于四角的边缘贴片引入一阶闵可夫斯基分形结构，其余边缘贴片为边贴片，其中边贴片细分为2×2的小贴片，所述接地板的中心蚀刻有矩形缝隙。
作为上述方案的进一步改进，所述第一介质基板、第二介质基板设置为矩形介质基板。
作为上述方案的进一步改进，所述第一介质基板、第二介质基板的尺寸均为80mm×80mm；所述接地板的尺寸为80mm×80mm；所述矩形缝隙的尺寸为30mm×1mm，所述方形贴片的边长为12.5mm，两两方形贴片之间的间距为1mm，所述微带馈线的尺寸为50mm×3.1mm。
作为上述方案的进一步改进，所述第一介质基板、第二介质基板的厚度分别为2mm和1mm。
作为上述方案的进一步改进，所述第一介质基板、第二介质基板采用介电常数为2.1的聚四氟乙烯基板。
本实用新型的有益效果是：
与现有技术相比，本实用新型提供的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，
1、超表面贴片使用5×5排布的方形贴片，超表面贴片由中心区域的3×3中央方形贴片以及边缘贴片组成，改善超表面的辐射模式，使其在宽带范围内具有良好的辐射模式；
2、本技术方案的微带馈线置于超表面贴片与接地板之间，实现了低剖面性能，同时，采用缝隙天线激励超表面，馈电方式简单有效；
3、本技术方案在第一介质基板、第二介质基板总厚度为3mm的情况下，获得了31.6％的阻抗带宽和25.3％的2dB增益带宽，其剖面高度为0.057λ0，具有低剖面、宽带和稳定增益的性能；
4、本技术方案可工作在卫星通信系统C-band(4.8-6.6GHz)频段，天线结构简单，应用简单的平面印刷技术，易于加工，成本低。
附图说明
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本实用新型低剖面宽带稳定增益超表面天线结构示意图；
图2为本实用新型的天线反射系数的仿真结果；
图3在频率为5.4GHz时本实用新型的E面的仿真方向图；
图4在频率为5.4GHz时本实用新型的H面的仿真方向图；
图5在频率为6.0GHz时本实用新型的E面的仿真方向图；
图6在频率为6.0GHz时本实用新型的H面的仿真方向图；
图7在带宽范围内本实用新型增益随频率变化的曲线。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，包括有自上而下依次设置的超表面贴片3、第一介质基板1、第二介质基板2以及接地板7，其中，第一介质基板1、第二介质基板2设置为矩形介质基板，第一介质基板1、第二介质基板2之间设置有微带馈线6，超表面贴片3设置为5×5排布的方形贴片，超表面贴片3由中心区域的3×3中央方形贴片以及边缘贴片组成，其中，位于四角的边缘贴片引入一阶闵可夫斯基分形结构4，其余边缘贴片为边贴片，其中边贴片细分为2×2的小贴片5，接地板7的中心蚀刻有矩形缝隙8。
具体地，第一介质基板1、第二介质基板2的尺寸均为80mm×80mm；接地板7的尺寸为80mm×80mm；矩形缝隙8的尺寸为30mm×1mm，方形贴片的边长为12.5mm，两两方形贴片之间的间距为1mm，微带馈线6的尺寸为50mm×3.1mm。
进一步改进，第一介质基板1、第二介质基板2采用介电常数为2.1的聚四氟乙烯基板，厚度分别为2mm和1mm。
本实用新型的优点可以通过仿真结果进一步说明。对上述实施例中的低剖面宽带稳定增益超表面天线进行建模分析。本实用新型在两层基板总厚度为3mm的情况下，获得了31.6％的阻抗带宽和25.3％的2dB增益带宽，其剖面高度为0.057λ0，具有低剖面、宽带和稳定增益的性能。
图2示出了本实用新型所述的低剖面宽带稳定增益超表面天线的反射系数，其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量，单位为dB。如图所示，天线的-10dB阻抗带宽为4.8-6.6GHz，相对带宽为31.6％。
图3-图6示出了本实用新型所述的低剖面宽带稳定增益超表面天线在5.4GHz和6.0GHz的归一化辐射方向图。从图中可以看出，天线在整个工作频段内实现了良好的辐射模式，交叉极化水平均低于-20dB。
图7示出了本实用新型所述的基低剖面宽带稳定增益超表面天线的增益。由图可知，在整个工作带宽范围内(4.8-6.6GHz)，增益变化小于2.4dB。2dB增益带宽为25.3％(5.12-6.6GHz)，峰值增益为9.3dBi。说明本实用新型所提出的天线具有稳定的增益。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，其特征在于：包括有自上而下依次设置的超表面贴片(3)、第一介质基板(1)、第二介质基板(2)以及接地板(7)，所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)之间设置有微带馈线(6)，所述超表面贴片(3)设置为5×5排布的方形贴片，所述超表面贴片(3)由中心区域的3×3中央方形贴片以及边缘贴片组成，其中，位于四角的边缘贴片引入一阶闵可夫斯基分形结构(4)，其余边缘贴片为边贴片，其中边贴片细分为2×2的小贴片(5)，所述接地板(7)的中心蚀刻有矩形缝隙(8)。
2.根据权利要求1所述的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，其特征在于：所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)设置为矩形介质基板。
3.根据权利要求2所述的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，其特征在于：所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)的尺寸均为80mm×80mm；所述接地板(7)的尺寸为80mm×80mm；所述矩形缝隙(8)的尺寸为30mm×1mm，所述方形贴片的边长为12.5mm，两两方形贴片之间的间距为1mm，所述微带馈线(6)的尺寸为50mm×3.1mm。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，其特征在于：所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)的厚度分别为2mm和1mm。
5.根据权利要求1-3中任一所述的一种低剖面宽带稳定增益超表面天线，其特征在于：所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)采用介电常数为2.1的聚四氟乙烯基板。
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| CN202221848524.2U CN218586339U (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种低剖面宽带稳定增益超表面天线 |
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2022
- 2022-12-05 CN CN202221848524.2U patent/CN218586339U/zh active Active
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