单馈圆极化天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116014428A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211577281.8(22)申请日2022.12.05(71)申请人上海科技大学地址201210上海市浦东新区华夏中路393号(72)发明人林丰涵高佳璠(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001专利代理师翁若莹徐颖(51)Int.Cl.H01Q1/38(2006.01)H01Q1/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称单馈圆极化天线(57)摘要本发明涉及一种单馈圆极化天线，通过多个紧耦合的六边形金属贴片阵列形成一个宏观上各向异性的容性电磁超构表面，使得在其表面传播的电磁波在不同方向上具有不同的相速，以构造圆极化辐射所需的正交电磁场及其相位差；多层相同的容性电磁超构表面水平堆叠在金属反射板上，多层紧耦合的容性电磁超构表面提供额外的层间电容，降低天线谐振频率，实现天线的小型化设计。在保持低剖面和小型化的同时，通过结构简单的谐振器和单个简单的馈电结构实现圆极化天线。解决现在圆极化天线设计复杂、匹配较难、天线单元尺寸大、成本高、辐射效率低问题。CN116014428ACN116014428A权利要求书1/1页1.一种单馈圆极化天线，其特征在于，由m层相同的电磁超构表面水平堆叠在金属反射板上而成，m≥2；相邻两层电磁超构表面之间都由介质填充；每层电磁超构表面由n×n个大小相同或不同的六边形金属贴片阵列排布构成，n≥2；六边形金属贴片由矩形金属贴片对角切角形成；一个L形探针在除最底层外的任意一层电磁超构表面的边缘中心处，通过导体耦合进行馈电；L形探针与最邻近的六边形金属贴片之间有一个U型槽用于阻抗匹配。2.根据权利要求1所述单馈圆极化天线，其特征在于，所述相邻两层电磁超构表面之间为尺寸和相对介电常数均相同的介质基板。3.根据权利要求1或2所述单馈圆极化天线，其特征在于，所述由m层相同的电磁超构表面水平堆叠在金属反射板上而成的单馈圆极化天线的总高度小于0.1λ0，相邻两层电磁超构表面之间的间距小于1/20λ0，λ0为单馈圆极化天线的中心频率时真空中的波长。4.根据权利要求3所述单馈圆极化天线，其特征在于，所述电磁超构表面的最小外接正方形的边长尺寸小于0.5λ0。5.根据权利要求4所述单馈圆极化天线，其特征在于，所述六边形金属贴片阵列排布，相邻的六边形金属贴片之间的缝隙宽度S小于单馈圆极化天线的中心工作频率所对应波长的0.05倍。6.根据权利要求5所述单馈圆极化天线，其特征在于，所述每个六边形金属贴片是对矩形金属贴片对角进行切角获得，切角的角度为θ，切角边深度为C，θ为30°到60°之间，切角深度C为0.1～0.5倍贴片边长，切角使得沿不同方向传播的电磁波相速不同。7.一种单馈圆极化天线设计方法，其特征在于，通过多个紧耦合的六边形金属贴片阵列形成一个宏观上各向异性的容性电磁超构表面，使得在其表面传播的电磁波在不同方向上具有不同的相速，以构造圆极化辐射所需的正交电磁场及其相位差；多层相同的容性电磁超构表面水平堆叠在金属反射板上，多层紧耦合的容性电磁超构表面提供额外的层间电容，降低天线谐振频率，实现天线的小型化设计。2CN116014428A说明书1/3页单馈圆极化天线技术领域[0001]本发明涉及一种无线通信技术，特别涉及一种单馈圆极化天线。背景技术[0002]当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360°周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化，在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90度或270度时，可以得到圆极化。若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。[0003]圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任何极化天线收到；圆极化天线具有旋向正交性；极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。[0004]第六代移动通信对海陆空天一体化的下一代无线通信与感知网络提出了要求，圆极化天线及其阵列可以克服电离层对极化失配的影响，降低通信系统误码率。但是，有限的载体尺寸、可用的天线设计净空、有限载荷、对大规模天线阵列的要求，对天线的小型化和低剖面提出了苛刻的要求。[0005]根据天线馈电点的数量，目前实现低剖面、小型化圆极化天线的方法主要有单馈法和多馈法，其中：[0006]1、单馈法具有结构简单、成本低、易大规模生产、尺寸小等优点，但是需要通过复杂的谐振器设计(如旋转、开槽、非均匀加载等方法)来实现两个正交模式间的90度相位差，天线单元设计复杂、匹配较难。[0007]2、多