本發(fā)明涉及微波天線，特別是涉及基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著頻率的升高，天線的傳輸損耗越來(lái)越嚴(yán)重，傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與外部電路集成，但在微波毫米波等較高頻率時(shí)其傳輸損耗較大，傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)雖然損耗低，但其體積較大，不易與外部電路集成。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)發(fā)明專利，專利公開號(hào)cn116365251a，專利名稱：一種基于基片集成波導(dǎo)饋電的毫米波雙頻圓極化超表面天線，公開了一種基于基片集成波導(dǎo)饋電的毫米波雙頻圓極化超表面天線，包括部分單元不規(guī)則的超表面和siw雙頻t型縫隙天線，部分單元不規(guī)則的超表面由第一介質(zhì)基板和超表面層組成，超表面層設(shè)于第一介質(zhì)基板的正面，包括13個(gè)尺寸相同的方形單元，呈周期性排布；siw雙頻t型縫隙天線包括第二介質(zhì)基板，第二介質(zhì)基板上置有貫穿第二上層金屬覆層、第二介質(zhì)基板和第二下層金屬覆層的第一金屬化通孔、第二金屬化通孔、第三金屬化通孔，第二上層金屬覆層刻蝕有t型耦合縫隙。

3、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)問題：現(xiàn)有的微波毫米波基片集成波導(dǎo)天線存在電壁結(jié)構(gòu)依賴鉆孔型金屬通孔，從而頻率增大時(shí)易變形導(dǎo)致可靠性低和增益低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置及方法；涉及一種適用于高速通信設(shè)備的、適用于基片集成波導(dǎo)天線的、可通過(guò)共面超表面技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、小型化、無(wú)通孔的片上集成雙頻渦旋場(chǎng)天線。通過(guò)共面超表面技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、小型化、無(wú)通孔的基片集成波導(dǎo)雙頻渦旋場(chǎng)天線。

2、一方面，提供了基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，包括：雙頻天線，所述雙頻天線，包括：由上到下依次設(shè)置的第一頂層、第一中間層和第一底層；所述第一頂層，包括：內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的圓心相同，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的半徑不同，其中內(nèi)環(huán)的半徑小于外環(huán)的半徑；所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)均為四分之三圓周；所述內(nèi)環(huán)設(shè)有兩個(gè)端部，分別為第一端部和第二端部，所述外環(huán)設(shè)有兩個(gè)端部，分別為第三端部和第四端部；

3、所述第一端部依次通過(guò)第一錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和第一帶阻濾波器，與第一功分器的第一端部連接；所述第三端部依次通過(guò)第二錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和第二帶阻濾波器與第一功分器的第二端部連接；

4、所述第二端部依次通過(guò)第三錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和第三帶阻濾波器，與第二功分器的第一端部連接；所述第四端部依次通過(guò)第四錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和第四帶阻濾波器，與第二功分器的第二端部連接；第一功分器的第三端部用于發(fā)射信號(hào)，第二功分器的第三端部用于接收信號(hào)。

5、另一方面，提供了基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置的工作方法，包括：

6、將第一功分器通過(guò)sma接頭和同軸線，與發(fā)射機(jī)相連，通過(guò)所述發(fā)射機(jī)提供激勵(lì)信號(hào)，與第一功分器、第一帶阻濾波器、第二帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)天線結(jié)構(gòu)的饋電，從而實(shí)現(xiàn)oam渦旋電磁波的激勵(lì)和發(fā)射；

7、激勵(lì)信號(hào)通過(guò)所述第一功分器時(shí)，實(shí)現(xiàn)一分二的等幅同相功分；

8、激勵(lì)信號(hào)通過(guò)連接內(nèi)環(huán)天線的第一帶阻濾波器時(shí)，濾除外環(huán)天線工作頻率附近的頻段信號(hào)，故內(nèi)環(huán)天線工作頻率的信號(hào)正常通過(guò)第一帶阻濾波器，傳輸給內(nèi)環(huán)天線；

9、激勵(lì)信號(hào)通過(guò)連接外環(huán)天線的第二帶阻濾波器時(shí)，濾除內(nèi)環(huán)天線工作頻率附近的頻段信號(hào)，故外環(huán)天線工作頻率的信號(hào)正常通過(guò)第二帶阻濾波器，傳輸給外環(huán)天線。

10、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

11、針對(duì)傳統(tǒng)天線在小型化和集成度方面的局限性，本發(fā)明提出了一種基于共面超表面的基片集成波導(dǎo)小型化天線設(shè)計(jì)，通過(guò)菱形共面超表面替代金屬通孔，避免了鉆孔工藝，大大提高了可靠性，通過(guò)梯形共面超表面替代傳統(tǒng)長(zhǎng)條縫隙，實(shí)現(xiàn)渦旋波的精確調(diào)控。該天線具備高集成度、小體積、高可靠性、高增益等特點(diǎn)，能夠有效提升通信系統(tǒng)的性能。

技術(shù)特征：

1.基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，包括：雙頻天線，所述雙頻天線，包括：由上到下依次設(shè)置的第一頂層、第一中間層和第一底層；所述第一頂層，包括：內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的圓心相同，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的半徑不同，其中內(nèi)環(huán)的半徑小于外環(huán)的半徑；所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)均為四分之三圓周；所述內(nèi)環(huán)設(shè)有兩個(gè)端部，分別為第一端部和第二端部，所述外環(huán)設(shè)有兩個(gè)端部，分別為第三端部和第四端部；

2.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)外兩側(cè)邊緣均設(shè)置有雙排菱形孔，所述外環(huán)的內(nèi)外兩側(cè)邊緣均設(shè)置有雙排菱形孔；所述雙排菱形孔為兩排菱形孔；所述菱形孔是指中間為實(shí)心，邊緣為鏤空的菱形結(jié)構(gòu)；所述菱形孔的四個(gè)角中，有一個(gè)角是非鏤空的，其余三個(gè)角均為鏤空的；非鏤空角作為菱形孔的開口方向；

3.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，從第一端部到第二端部的內(nèi)環(huán)上，每間隔設(shè)定距離設(shè)置一組縫隙；每組縫隙均設(shè)有長(zhǎng)度依次遞增的三條子縫隙；

4.如權(quán)利要求3所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述每組縫隙均設(shè)有長(zhǎng)度依次遞增的三條子縫隙，假設(shè)三條子縫隙分別是第一子縫隙、第二子縫隙和第三子縫隙，則第一子縫隙的長(zhǎng)度小于第二子縫隙的長(zhǎng)度，第二子縫隙的長(zhǎng)度小于第三子縫隙的長(zhǎng)度；

5.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述第一功分器與第二功分器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的，所述第一功分器，包括：由上到下依次設(shè)置的第二頂層、第二中間層和第二底層；所述第二頂層是金屬微帶線，所述第二中間層為介質(zhì)，所述第二底層為輻射地板；

6.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述第一帶阻濾波器、第二帶阻濾波器、第三帶阻濾波器和第四帶阻濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的；所述第一帶阻濾波器，包括：由上到下依次設(shè)置的第三頂層、第三中間層和第三底層；所述第三頂層是金屬微帶線；所述第三中間層為介質(zhì)；所述第三底層為輻射地板；所述第三頂層，包括：第七長(zhǎng)方形貼片；所述第七長(zhǎng)方形貼片的縱向中軸線設(shè)置在第三頂層的中間位置；

7.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述第一錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、第二錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、第三錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和第四錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的，所述第一錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括：

8.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述裝置還包括：第一金屬屏蔽盒和第二金屬屏蔽盒；所述第一金屬屏蔽盒的形狀與第二金屬屏蔽盒的形狀相同；所述第一金屬屏蔽盒設(shè)有第一長(zhǎng)方體、第二長(zhǎng)方體和第三長(zhǎng)方體，所述第一長(zhǎng)方體的內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)；第二長(zhǎng)方體的左右兩端開口且內(nèi)部是空心結(jié)構(gòu)；第三長(zhǎng)方體的左右兩端開口且內(nèi)部是空心結(jié)構(gòu)；第一、第二和第三長(zhǎng)方體均不存在底面；所述第一長(zhǎng)方體的中軸線與第二長(zhǎng)方體的中軸線相互垂直；所述第一長(zhǎng)方體的中軸線與第三長(zhǎng)方體的中軸線相互垂直；第二長(zhǎng)方體的一端與第一長(zhǎng)方體的第一端部連接；第三長(zhǎng)方體的一端與第二長(zhǎng)方體的第二端部連接；第二長(zhǎng)方體與第一長(zhǎng)方體的連接處的內(nèi)部是連通的；第三長(zhǎng)方體與第一長(zhǎng)方體的連接處的內(nèi)部是連通的；所述第一金屬屏蔽盒，罩設(shè)在第一功分器、第一帶阻濾波器和第二帶阻濾波器上；所述第二金屬屏蔽盒，罩設(shè)在第二功分器、第三帶阻濾波器和第四帶阻濾波器上。

9.如權(quán)利要求8所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置，其特征是，所述第一金屬屏蔽盒的第一端部設(shè)置在第一錐形漸變轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與第一帶阻濾波器連接的端部；

10.基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置的工作方法，其特征是，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基片集成波導(dǎo)饋電的雙頻渦旋場(chǎng)超表面天線裝置及方法，將第一功分器通過(guò)SMA接頭和同軸線，與發(fā)射機(jī)相連，通過(guò)所述發(fā)射機(jī)提供激勵(lì)信號(hào)，與第一功分器、第一帶阻濾波器、第二帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)天線結(jié)構(gòu)的饋電，從而實(shí)現(xiàn)OAM渦旋電磁波的激勵(lì)和發(fā)射；激勵(lì)信號(hào)通過(guò)所述第一功分器時(shí)，實(shí)現(xiàn)一分二的等幅同相功分；激勵(lì)信號(hào)通過(guò)連接內(nèi)環(huán)天線的第一帶阻濾波器時(shí)，濾除外環(huán)天線工作頻率附近的頻段信號(hào)，故內(nèi)環(huán)天線工作頻率的信號(hào)正常通過(guò)第一帶阻濾波器，傳輸給內(nèi)環(huán)天線；激勵(lì)信號(hào)通過(guò)連接外環(huán)天線的第二帶阻濾波器時(shí)，濾除內(nèi)環(huán)天線工作頻率附近的頻段信號(hào)，故外環(huán)天線工作頻率的信號(hào)正常通過(guò)第二帶阻濾波器，傳輸給外環(huán)天線。

技術(shù)研發(fā)人員：高東興,崔新會(huì),梁立凱,王艷玲,肖順,楊云舒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9