小型化高增益的双层超表面天线及其天线组件的制作方法

1.本技术涉及无线天线技术领域，具体涉及一种小型化高增益的双层超表面天线及其天线组件。


背景技术：

2.天线是用于发射或接收电磁波的电子器件，在无线通信系统中可实现自由空间电磁场和导波系统电磁场之间的相互转换，在无线通讯领域得到了广泛应用。现阶段设计出低成本、小型化、高增益的定向辐射天线具有一定的应用价值和研究意义。
3.对于天线设计人员来说，低成本、小型化、高增益的定向天线是目前微波天线领域主要指标要求，也是目前众多天线设计专家和学者追求的重点方向。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种小型化高增益的双层超表面天线及其天线组件，用以解决现有技术中无线天线制作成本高、体型庞大和增益效果差的问题，满足当前对于天线的低成本、小型化和高增益的天线指标要求。
5.第一方面，本技术实施例提供一种小型化高增益的双层超表面天线，包括：
6.第一介质板，所述第一介质板的顶面设有多个环形超表面结构；
7.第二介质板，所述第二介质板设于所述第一介质板的底面，且在所述第二介质板的顶面设有馈线，在所述第二介质板的底面设有槽线。
8.在一个实施例中，所述第一介质板和所述第二介质板均为圆形介质板。
9.在一个实施例中，所述环形超表面结构为矩形环形结构。
10.在一个实施例中，相邻所述环形超表面结构之间的间隔距离相等。
11.在一个实施例中，所述馈线为渐变型微带馈线，且在所述渐变型微带馈线上开设有第一圆形槽线。
12.在一个实施例中，所述槽线包括条形槽线和第二圆形槽线，所述条形槽线靠近所述第二介质板的中央位置开设，所述第二圆形槽线远离所述第二介质板的中央位置开设。
13.在一个实施例中，所述条形槽线包括第一条形槽线和第二条形槽线，所述第一条形槽线和所述第二条形槽线水平设置并沿所述第二介质板的几何中心对称设置。
14.在一个实施例中，所述第一介质板和所述第二介质板的直径取值范围为10mm～100mm。
15.在一个实施例中，所述第一介质板和所述第二介质板均为印制电路板。
16.第二方面，本技术实施例提供一种天线组件，包括：同轴接头和本技术实施例的小型化高增益的双层超表面天线，所述同轴接头的内导体与馈线连接，所述同轴接头的外导体与所述第二介质板连接。
17.本实用新型提供的一种小型化高增益的双层超表面天线，由第一介质板和第二介质板组成，具有加工成本低，便于实现小型化的优点；另外，在第一介质板上设置了多个环
形超表面结构，根据实际性能测试分析，本实用新型的天线增益效果好，具有较好的辐射特性和方向图对称性，可广泛用于无线通信系统。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本技术实施例提供的小型化高增益的双层超表面天线的结构示意图；
20.图2是本技术实施例提供的小型化高增益的双层超表面天线的正面结构示意图；
21.图3是本技术实施例提供的小型化高增益的双层超表面天线的侧面结构示意图；
22.图4是本技术实施例提供的第一介质板的顶面结构示意图；
23.图5是本技术实施例提供的第一介质板的底面结构示意图；
24.图6是本技术实施例提供的第二介质板的顶面结构示意图；
25.图7是本技术实施例提供的第二介质板的底面结构示意图；
26.图8是本技术实施例提供的环形超表面结构的结构示意图；
27.图9是本技术实施例提供的小型化高增益的双层超表面天线的天线驻波比vswr图；
28.图10是本技术实施例提供的小型化高增益的双层超表面天线的天线增益图。
29.附图标记：
30.100：第一介质板；
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200：第二介质板；
31.101：环形超表面结构；
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201：渐变型微带馈线；
32.202：第一圆形槽线；
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203：条形槽线；
33.204：第二圆形槽线。
具体实施方式
34.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.如图1至图8所示，本技术实施例提供一种小型化高增益的双层超表面天线。该天线可以包括：第一介质板100和第二介质板200。
36.其中，第一介质板100的顶面设有多个环形超表面结构101；第二介质板200，第二介质板200设于第一介质板100的底面，且在第二介质板200的顶面设有馈线，在第二介质板200的底面设有槽线。
37.具体地，第一介质板100和第二介质板200均为印制电路板(即pcb板)，第一介质板100采用相对介电常数为2.2、厚度为0.787mm的rogers rt5880材质的圆形介质板，第二介质板200采用相对介电常数为3，厚度为0.787mm的rogers ro3003材质的圆形介质板。第一介质板100的顶面设有多个环形超表面结构101，环形超表面结构101彼此之间周期性间隔
设置。馈线和第二介质板200分别与同轴接头相连。
38.在本实用新型的其中一个实施例中，环形超表面结构101为矩形环形结构，相邻环形超表面结构101之间的间隔距离相等。
39.在本实用新型的其中一个实施例中，馈线为渐变型微带馈线201，且在渐变型微带馈线201上开设有第一圆形槽线202。
40.在本实用新型的其中一个实施例中，槽线包括条形槽线203和第二圆形槽线204，条形槽线203靠近第二介质板200的中央位置开设，第二圆形槽线204远离第二介质板200的中央位置开设。
41.进一步地，条形槽线203包括第一条形槽线和第二条形槽线，第一条形槽线和第二条形槽线水平设置并沿第二介质板200的几何中心对称设置。
42.在本实用新型的其中一个实施例中，第一介质板100和第二介质板200的直径取值范围为10mm～100mm。应当理解的是，介质板的尺寸可以根据实际需要进行设计，当然本实施例提供的是一种小型化的天线，因此第一介质板100和第二介质板200的直径均在100mm以下。
43.基于以上实施例，本实用新型提供一种小型化高增益的双层超表面天线的尺寸设计，尺寸数据如下表所示：
44.变量d1d2d3hh1l1l2l3l4数值/mm6012.326.10.82.6211.51变量aa1a2bb1b2ꢀꢀꢀ
数值/mm0.51.31.75181.2
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45.表中，第一介质板100和第二介质板200的直径为d1，环形超表面结构101的内环长为a1、宽为b1，外环长为a1 2a、宽为b1 2b。每个环形超表面结构101呈等距离排列，环形超表面结构101之间的左右间隔为2a2，环形单元间的上下间隔为2b2。渐变型微带馈线201上下两端的长度分别为l1、l2，高度为h，第一圆形槽线202的直径为d2。条形槽线203的长为l3，宽为h1，两个缝隙的间距为l4，第二圆形槽线204的直径为d3。
46.基于上述的尺寸设计的天线进行性能分析：
47.对该平面天线在6-7ghz频段内的驻波比vswr如图9所示，由图9明显可以看出，该天线在6.12-6.77ghz频率范围内，驻波比小于2。依据该平面天线在6.5ghz处的3d方向图，明显可以看出，在z轴正方向，该平面天线的辐射特性较好，增益较高。因此，设定z轴正方向为方向图最强辐射方向，得到了6-7ghz频段内的增益值，如图10所示。由图10可知，该天线在6-7ghz频率范围内的增益大于7.39db，最大增益为9.68db。依据该天线在6.5ghz处的e面主极化和交叉极化方向图，在6.5ghz处的增益为8.48db，该天线的辐射特性和方向图对称性较好。
48.综上，本实用新型提供的一种小型化高增益的双层超表面天线，由上下两层pcb板组成(即第一介质板100和第二介质板200)，该天线采用pcb材质，加工成本低，便于实现小型化；另外，在第一介质板100上设置了多个环形超表面结构101，根据实际性能测试分析，本实用新型的天线在6-7ghz频率范围内的增益大于7.39db，最大增益为9.68db，在6.5ghz处的增益为8.48db，具有较好的辐射特性和方向图对称性，可广泛用于无线通信系统。
49.本实用新型还一种天线组件。该天线组件包括：同轴接头和上述实施例中的小型
化高增益的双层超表面天线，同轴接头的内导体与馈线连接，同轴接头的外导体与第二介质板200连接。
50.进一步地，同轴接头采用50欧姆的sma同轴接头，进行馈电。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。