基于极化转换超表面的天线单元、天线阵列及阵列天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115764315A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211447752.3H01Q21/00(2006.01)(22)申请日2022.11.18H01Q21/06(2006.01)(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#(72)发明人郑宏兴唐灿(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210专利代理师张国荣(51)Int.Cl.H01Q15/00(2006.01)H01Q15/24(2006.01)H01Q1/38(2006.01)H01Q1/50(2006.01)H01Q1/48(2006.01)权利要求书3页说明书12页附图12页(54)发明名称基于极化转换超表面的天线单元、天线阵列及阵列天线(57)摘要本发明公开一种基于极化转换超表面的天线单元、天线阵列及阵列天线，该天线单元包括单元载体组件、单元功能结构和单元金属接地面，其中单元载体组件采用柔性介质基板与芳纶蜂窝纸芯相互层叠的结构，既能实现与载体外形相共形的特征，同时具备载体表面承重特性；单元功能结构包括单元微带馈线、单元极化转换超表面、单元耦合缝隙、单元同轴馈电头；通过多层基架和多组不同状态的单元极化转换超表面的配置，拓展了多功能极化超表面功能。该阵列天线采用模块化设计思路，在结构上具有低剖面、重量轻、结构简单的特点，在功能上具有电磁隐身和电磁波收发双重电磁功能，能共形在复杂载体表面并具有表面承重功能，具有结构和功能的一体化特性。CN115764315ACN115764315A权利要求书1/3页1.一种基于极化转换超表面的天线单元，其特征在于，该天线单元包括单元载体组件、单元功能结构和单元金属接地面，其中单元载体组件包括上部单元柔性介质基板、中部单元柔性介质基板、下部单元柔性介质基板和单元芳纶蜂窝纸芯层，单元功能结构包括单元微带馈线、单元极化转换超表面、单元耦合缝隙、单元同轴馈电头；其中，上部单元柔性介质基板与中部单元柔性介质基板之间及中部单元柔性介质基板与下部单元柔性介质基板之间各设置有一个单元芳纶蜂窝纸芯层，单元金属接地面设置在下部单元柔性介质基板的背面，该六层通过打孔装尼龙螺钉的方式组装成型；单元极化转换超表面印制在上部单元柔性介质基板的上表面上；所述单元极化转换超表面为由十六个相同的切角条形金属贴片按照四行四列等间距排布的结构，为等尺寸的16个按4×4等间距设置的方形金属贴片沿同一个朝向各自对称的腐蚀掉两个相同尺寸的等边直角三角形所得，方形金属贴片被腐蚀后余下的两个顶点的连线即为对应切角条形金属贴片的中心线，同一个单元极化转换超表面上的切角条形金属贴片的中心线与水平方向的夹角相同，为45°或者135°；中部单元柔性介质基板的上表面印制有金属的单元微带馈线，单元微带馈线包括两个部分：50欧姆微带馈线和阻抗匹配馈线，两者呈水平方向放置，其中阻抗匹配馈线衔接在50欧姆微带馈线的左侧，且两者水平方向的对称线与单元极化转换超表面所围成区域的水平方向的中线在空间上重合；单元同轴馈电头安装在贯穿阻抗匹配馈线的中心、中部单元柔性介质基板、下部的单元芳纶蜂窝纸芯层、下部单元柔性介质基板和单元金属接地面的通孔内；单元耦合缝隙为单元金属接地面上开的矩形槽；矩形槽沿单元金属接地面的前后方向设置，且矩形槽的前后方向的对称线与单元极化转换超表面所围成区域的前后方向的中线在空间上；下部单元柔性介质基板的背面上除单元耦合缝隙、用于安装单元同轴馈电头的通孔、尼龙螺钉孔之外的其它地方均被单元金属接地面覆盖；上部单元柔性介质基板、中部单元柔性介质基板、下部单元柔性介质基板的大小、材质和厚度均相同，同时，采用的两个单元芳纶蜂窝纸芯层的大小、材质和厚度均相同，且其大小能完全覆盖上部单元柔性介质基板。2.根据权利要求1所述的一种基于极化转换超表面的天线单元，其特征在于，上部单元柔性介质基板采用的材料为聚酰亚胺玻纤布层压板，介电常数为4.1，损耗正切为0.0067，厚度为0.3mm。3.根据权利要求1所述的一种基于极化转换超表面的天线单元，其特征在于，上部单元柔性介质基板长宽高尺寸为：38mm×38mm×0.3mm。4.根据权利要求1所述的一种基于极化转换超表面的天线单元，其特征在于，所述单元极化转换超表面为9mm×9mm的16个按4×4的阵列以0.5mm的间距设置的方形金属贴片沿同一个朝向各自对称的腐蚀掉两个边长为8mm的等边直角三角形所得。5.根据权利要求1所述的一种基于极化转换超表面的天线单元，其特征在于，所述极化转换超表面距离上部单元柔性介质基板的上、下、左、右边缘均为0.25mm；所述单元微带馈线的50欧姆微带馈线的宽度为0.65mm