小型化超材料介质谐振器天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115864005A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211546634.8(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.H01Q15/00(2006.01)H01Q9/04(2006.01)H01Q1/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图7页(54)发明名称小型化超材料介质谐振器天线(57)摘要本发明涉及一种小型化超材料介质谐振器天线，由多层金属电磁超构表面从上至下对齐间隔排列构成，相邻两层金属电磁超构表面之间均用介质基板填充，金属电磁超构表面与介质基板的混合序构组成了具有各向异性介电常数的超材料谐振器，通过设计亚波长金属单元，使得电磁波在不同方向上具有不同的电磁波传播常数，实现小型化；通过馈电探针激励多个模式谐振组合，实现宽带辐射。天线单元具有低剖面、宽带宽和小尺寸的特性，并且天线单元之间的互耦较低。CN115864005ACN115864005A权利要求书1/1页1.一种小型化超材料介质谐振器天线，其特征在于，由多层金属电磁超构表面从上至下对齐间隔排列构成，相邻两层金属电磁超构表面之间均用介质基板填充，金属电磁超构表面与介质基板的混合序构组成了具有各向异性介电常数的超材料谐振器；每一层金属电磁超构表面由周期性或非周期性的亚波长金属贴片以n×n阵列形式排布构成，且每层亚波长金属贴片的数量至少8个；天线中金属电磁超构表面的层数至少为三层；上下相邻层金属电磁超构表面间的垂直距离相同或不同，且在0.1mm到3mm之间；同层相邻亚波长金属贴片间的距离不大于天线中心频率所对应的波长的十分之一；天线除底层外的任意一层金属电磁超构表面通过金属线、金属丝、金属条、金属棒或金属柱构成的探针与前端激励电路保持电连接。2.根据权利要求1所述小型化超材料介质谐振器天线，其特征在于，完全相同的小型化超材料介质谐振器天线作为天线单元阵列排布，相邻天线单元中心对中心的间距小于等于0.5λ0，抑制了栅瓣的产生，λ0是在天线的中心频率时真空中的波长。3.一种小型化超材料介质谐振器天线的设计方法，其特征在于，通过设计亚波长金属与介质基板的混合序构来构造具有各向异性介电常数的超材料谐振器，使得电磁波在不同方向上具有不同的电磁波传播常数，实现小型化；通过馈电探针激励多个模式谐振组合，实现宽带辐射。2CN115864005A说明书1/3页小型化超材料介质谐振器天线技术领域[0001]本发明涉及一种无线通信技术，特别涉及一种小型化超材料介质谐振器天线。背景技术[0002]在蜂窝移动通信的基站天线设计中，常采用冲压成型的偶极子天线构建阵列，如图1所示偶极子天线阵列结构示意图，单个偶极子天线由反射板与位于反射板上方约1/4波长的导体组成，常见导体长度约为半波长，称为半波振子。半波振子以阵列的方式排列在金属反射板上形成偶极子天线阵列，以满足基站天线对波束宽度、增益和带宽等的要求，同时兼顾成本低、天线效率高、制造简单等优点。[0003]第六代无线移动通信技术对超大规模多入多出天线系统提出了新的需求，要求基站天线同时具备低剖面、小型化、宽频带、多频段、多极化、高隔离度等新的特性，微带贴片天线由于剖面低、加工简单、模式丰富，开始被用于基站天线设计中，为基站天线性能的提升提供更多可能，其基本形式如图2微带贴片天线阵列结构示意图所示，微带天线在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为反射板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片进行馈电。[0004]为满足进一步提升的对通信容量的需求，天线阵列的规模和射频通道数量将持续增大，但传统的基站天线面临以下几个问题：[0005]1、偶极子天线因为要求四分之一波长的高度，使得基站天线整体厚度较大，不适合杆站、灯站等小基站的需求。[0006]2、微带贴片天线具有低剖面的特点，但是其带宽较窄，难以同时覆盖各家运营商的频带要求。[0007]3、天线单元的小尺寸与增益带宽积不可兼得，这使得宽带天线单元在阵列和多入多出天线系统中互耦严重，导致阻抗失配、方向图畸变、天线效率下降、射频通道间相关系数降低等诸多问题，甚至由于增大天线间距导致天线阵列出现严重的栅瓣和副瓣，导致通信系统误码率上升、信噪比下降、跨区干扰等。发明内容[0008]针对现有移动通信基站天线的大带宽、小尺寸、低互耦不可兼得的问题，提出了一种小型化超材料介质谐振器天线，天线单元同时具有低剖面、大带宽和小尺寸。[0009]本发明的技术方案为：一种小型化超材料介质谐振器天线，由多层金属电