一种非均匀超表面宽带滤波天线

本发明属于射频微波，具体涉及一种非均匀超表面宽带滤波天线。

背景技术：

1、随着通信系统的发展，射频前端的小型化成为一种趋势。滤波天线将天线和滤波器进行融合设计，是解决射频前端小型化的一种有效手段。天线和滤波器进行一体化设计，不仅提高系统的集成度，而且可以减少插入损耗。然而，当下实现具有宽带、小型化、高带外抑制的滤波天线仍然具有一定挑战性。

2、当下滤波天线的实现方式有三种：直接级联、等效替代和融合设计。直接级联是将滤波器集成到馈电网络。该方案的优势：避免一定的阻抗失配，劣势：空间尺寸大，损耗比较大。如在文献“hu p f,pan y m,zhang x y et al.afiltering patch antenna withreconfigurable frequency and bandwidth using f-shaped probe[j].ieeetransactions on antennas and propagation,2018,67(1):121-130.”通过控制f型探针探针臂的长度和臂之间的距离实现带通滤波，然后直接通过f型探针来激励辐射贴片，然而f型探针所需空气层导致天线多层堆叠体积大。等效替代是将天线代替滤波器的末级谐振器。该方案的优势：尺寸大小略有减小，劣势：辐射性能恶化。如在文献“chuang c t,chungs j.synthesis and design of a new printed filtering antenna[j].ieeetransactions on antennas and propagation,2011,59(3):1036-1042.”通过采用多级谐振器来实现滤波，l型天线充当末级谐振器。融合设计在原有天线上进行开槽、添加寄生贴片或添加短路柱等实现滤波功能。该方案的优势：小型化、高集成。劣势：难以调控滤波滚降率，导致滤波滚降率太小。例如在文献“yang w c,xun m z,che w q.novel compact high-gain differential-fed dual-polarized filtering patch antenna[j].ieeetransactions on antennas and propagation，2019,67(12):7261–7271,.”中，通过缺陷地在下阻带实现辐射零点和带短路引脚的交叉槽在上阻带实现辐射零点，但是天线上阻带的滚降率只有71db/ghz，下阻带只有43db/ghz。

3、其中，方案一提到的文献中滤波天线带宽仅为21.3％，交叉极化小于-40db，方案二提到的文献中滤波天线带宽仅为14％，方案三提到的文献中滤波天线宽带仅为23％，交叉极化仅小于-22db。可见，设计出具有低交叉极化的宽带滤波天线仍具有一定挑战。本发明由非均匀超表面辐射体、l型探针、十字形贴片、短路柱和一对t型枝节构成。具体为在作为辐射体的均匀超表面贴片上加载双叉型隙形成非均匀超表面贴片，在上阻带产生辐射零点，同时在l型探针两侧加载t型枝节在下阻带产生辐射零点。此外通过十字形贴片和短路柱，进一步提高上阻带的抑制水平，同时l探针和t型枝节进一步扩宽带宽实现宽带。此外利用特征模分析法来指导天线设计，大大缩减滤波天线设计时间。所设计的天线具有宽带、带通滤波、滤波滚降率大、低剖面、尺寸紧凑和交叉极化低等特点，可广泛应用于5g通信中。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非均匀超表面宽带滤波天线，解决现有滤波贴片天线带宽窄且交叉极化高的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种非均匀超表面宽带滤波天线，其包括馈电探针1、上层介质基板2和下层介质基板3。上层介质基板2的上表面设有5个正方形贴片4，和4个双叉型隙正方形贴片5。上层介质基板2的下表面无金属。下层介质基板3的上表面设有4个十字形贴片6，1个中央窄贴片7和2个t型贴片8。下层介质基板3的下表面为金属地10。

4、所述5个正方形贴片4分别位于上层介质基板2上表面的中央、东南、东北、西南和西北五个方位。所述4个双叉型隙正方形贴片5分别位于上层介质基板2上表面的正北、正南、正东和正西四个方位。所述4个十字形贴片6分别位于下层介质基板3上表面的东南、东北、西南和西北四个方位。可选地，馈电探针1和窄贴片7构成了l型探针。4个短路柱9与4个十字形贴片6构成4个短路贴片。

5、可选地，馈电探针1和窄贴片7构成了l型探针。

6、可选地，双叉型隙正方形贴片5正中间刻蚀有双叉型隙。正北和正南两个方位的2个双叉型隙正方形贴片5正中间水平刻蚀有双叉型隙。正东和正西两个方位的2个双叉型隙正方形贴片5正中间垂直刻蚀有双叉型隙。

7、可选地，窄贴片7左右两侧加载有t型贴片8；

8、可选地，下层介质基板3，设有4个小过孔11，分别位于4个十字形贴片6中心，其过孔内壁均不镀金属；所述小过孔11用于放置短路柱9；小过孔11贯穿下层介质基板3的金属地10和下层介质基板3上表面的4个十字形贴片6。短路柱9为金属柱，将十字型贴片6和下层介质基板3下表面金属地10导通。

9、可选地，下层介质基板3，设有大过孔12，过孔内壁不镀金属；所述大过孔12用于放置探针1；大过孔12贯穿下层介质基板3的金属地10和下层介质基板3上表面的窄贴片7。

10、可选地，通过馈电探针1进行馈电。

11、本发明的有益效果在于：本发明一种非均匀超表面宽带滤波天线采用两层介质基板、正方形贴片、双叉型隙正方形贴片、十字形贴片、短路柱、l型探针、窄贴片以及t型贴片构成，没有复杂的馈电网络，从而获得了紧凑的天线尺寸；上层介质基板上表面的正方形贴片和双叉型隙正方形贴片构成非均匀超表面在上阻带产生辐射零点。下层介质基板上表面的t型贴片充当陷波单元，在下阻带产生辐射零点。同时利用特征模对天线滤波功能的产生进行分析，指导天线的设计，实现良好的带外抑制并形成带通滤波效果。此外下层介质基板的十字形贴片和短路柱构成短路贴片，进一步抑制上阻带的抑制水平。同时l探针和充当匹配枝节的t型贴片进一步扩宽带宽实现宽带。因此本发明所提出的一种非均匀超表面宽带滤波天线具有宽带、带通滤波、滤波滚降率大、低剖面、尺寸紧凑和交叉极化低的优点，具有潜在的应用价值。

12、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种非均匀超表面宽带滤波天线，其包括馈电探针1、上层介质基板2和下层介质基板3。上层介质基板2的上表面设有5个正方形贴片4，和4个双叉型隙正方形贴片5。上层介质基板2的下表面无金属。下层介质基板3的上表面设有4个十字形贴片6，1个中央窄贴片7和2个t型贴片8。下层介质基板3的下表面为金属地10。

2.根据权利要求1所述的一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：馈电探针1和窄贴片7构成了l型探针。

3.根据权利要求1所述的一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：双叉型隙正方形贴片5正中间刻蚀有双叉型隙。正北和正南两个方位的2个双叉型隙正方形贴片5正中间水平刻蚀有双叉型隙。正东和正西两个方位的2个双叉型隙正方形贴片5正中间垂直刻蚀有双叉型隙。

4.根据权利要求1所述的一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：窄贴片7左右两侧加载有t型贴片8。

5.根据权利要求1所述的一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：下层介质基板3，设有4个小过孔11，分别位于4个十字型贴片6中心，其过孔内壁均不镀金属；所述小过孔11用于放置短路柱9；小过孔11贯穿下层介质基板3的金属地10和下层介质基板3上表面的4个十字形贴片6。短路柱9为金属柱，将十字型贴片6和下层介质基板3下表面金属地10导通。

6.根据权利要求1所述的一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：下层介质基板3，设有大过孔12，过孔内壁不镀金属；所述大过孔12用于放置探针1；大过孔12贯穿下层介质基板3的金属地10和下层介质基板3上表面的窄贴片7。

7.根据权利要求1所述一种非均匀超表面宽带滤波天线，其特征在于：通过馈电探针1进行馈电。

技术总结本发明涉及一种非均匀超表面宽带滤波天线，属于天线技术领域。该天线5个正方形贴片、4个双叉型隙正方形贴片、4个十字形贴片、4个短路柱、1个L型探针、2个T型贴片以及两层介质基板构成，没有复杂的馈电网络，从而获得了紧凑的天线尺寸；正方型贴片和双叉型隙正方型贴片构成非均匀超表面在上阻带产生辐射零点。T型贴片充当陷波单元在下阻带产生辐射零点。同时利用特征模分析方法对滤波功能的产生进行分析。此外十字型贴片和短路柱构成短路贴片，进一步增大上阻带的抑制水平。同时L型探针和T型贴片进一步扩宽带宽实现宽带。因此本发明天线具有宽带、带通滤波、滤波滚降率大、低剖面、尺寸紧凑和交叉极化低的优点，具有潜在的应用价值。技术研发人员：黄文,王鹏飞受保护的技术使用者：重庆邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29