【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通讯天线，具体涉及为一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计。
技术介绍
1、随着数字经济的蓬勃发展，我国经济社会持续健康发展得到了强大的动力支持。信创、5g和工业互联网标识解析等产业发挥着至关重要的作用，而这些产业的发展又高度依赖于无线通信技术的不断进步。特别是无线通信技术向宽频带、高传输速率方向的发展，对于满足日益增长的数据传输需求和提高通信效率具有至关重要的意义。
2、超表面天线作为一种新型的天线技术，以其结构简单、带宽较宽、增益增强等优点，近年来受到了广泛的关注和研究。目前，已经提出的超表面天线在带宽方面普遍能够达到40%-70%左右，这在很大程度上满足了宽带无线通信系统的需求。然而，尽管超表面天线在带宽方面表现出色，但在高频处却很容易出现辐射方向图分瓣严重和增益降低的问题。
3、辐射方向图分瓣严重意味着天线在高频工作时，其辐射能量分布不均匀，这可能导致通信质量的下降和信号覆盖范围的缩小。而增益降低则直接影响到天线的信号传输效率，进而影响整个无线通信系统的性能。因此，如何解决超表面天线在高频处出现的辐射方向图分瓣和增益降低问题，成为了当前无线通信
亟待解决的重要技术问题。
4、此外，随着无线通信技术的不断发展，对于天线性能的要求也在不断提高。除了需要解决上述问题外，还需要进一步优化超表面天线的结构设计，提高其工作稳定性、可靠性和耐用性，以适应更加复杂多变的通信环境和应用场景。因此，针对超表面天线在高频处出现的辐射方向图分瓣和增益降低问题，开展深入的研究和
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中现有宽带天线在高频处很容易出现辐射方向图分瓣严重，增益降低的问题存在问题，难以满足宽带无线通信系统的需求。本专利技术采用特征模分析法，逐步改变超表面的结构，抑制高阶模式，优化天线辐射特性。对此，本专利技术提供了一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计。
2、为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计，超表面天线包括上层金属、第一介质板、中间金属、第二介质板以及下层金属，中间金属为接地层，刻蚀尺寸为9.5mm×3.7mm的矩形耦合缝隙；下层金属为t形微带馈线结构，纵向部分馈线长度18.5mm，宽度1.15mm，横向部分尺寸为4mm×3.5mm；所述上层金属的初始超表面为4×4贴片单元，按照大小不同，分别命名为p1、p2、p3、p4，四个p1单元呈阵列布置，四个p2单元分两组布置在四个p1单元整体的上、下两侧，四个p3单元分两组布置在四个p1单元阵列整体的左、右两侧，四个p4单元分布在四个p1单元阵列整体的四角，p1单元大小为7.5mm×7.5mm，p2单元大小为7.5mm×6mm，p3单元大小为3.5mm×7.5mm，p4单元大小为3.5mm×6mm，各单元之间间隔都是1mm；基于初始超表面，采用特征模分析法逐步改变超表面的结构，抑制高阶模式，即在四组超表面贴片p1、p2、p3、p4上分别加载不同方向、不同结构的槽进行以下结构优化：
3、步骤一，在每个p1单元沿y轴方向加载两条宽度为1mm的缝隙槽，将p1单元均匀分成三等份；在每个p2单元加载井字形槽，槽的宽度为1mm；在每个p3单元沿x轴方向加载两条宽度为1mm的缝隙槽，经过上述初步优化结构，抑制模式js5、js6、js7和js9，使它们的谐振频率移出期望频带；
4、步骤二，在上述结构基础上，继续在与p3单元相邻的四个三分之一p1贴片部分，沿x轴方向加载两条宽度为1mm的缝隙槽；在每个p4单元上沿x轴方向加载两条宽度为1mm的缝隙槽，进一步抑制模式jso4和jso8，同时优化主模jso1在高频处的辐射模式，使上层金属成为加载缝隙的非均匀超表面单元。
5、作为上述技术方案的进一步补充说明，第一介质板和第二介质板所用的材料为rogers ro4003c，εr =3.55，损耗角正切为0.0027。
6、作为上述技术方案的进一步补充说明，第一介质板的尺寸为40mm×40mm×3.454mm，第二介质板的尺寸为40mm×40mm×0.508mm。
7、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
8、1、本专利技术所设计的天线包括两层介质和三层金属，上层金属是加载缝隙的非均匀超表面单元，中间金属为刻蚀矩形耦合缝隙的接地层，下层金属是微带馈线结构；上层金属采用特征模分析法，逐步改变超表面的结构，首先在超表面中间的p1单元加载两条沿y方向平行槽、p2单元加载井字型槽、左右两侧p3、p4单元加载x方向平行槽，缩短相应的电流路径，抑制部分高阶模以及电流沿x方向的简并模。之后在p1三分之后的外侧贴片上加载x方向平行槽，进一步抑制其余高阶模，优化天线在高频处的辐射特性。
9、2、本专利技术采用特征模分析法，逐步改变超表面的结构，抑制高阶模，优化天线辐射方向图，减小天线旁瓣，降低交叉极化，高频辐射特性明显改善。
10、3、本专利技术所设计的非均匀超表面天线工作频带为5.8-8.7ghz，相对带宽40%，增益为5.45 -7.18 dbi。经过采用cst微波工作室对天线进行仿真，尤其在8.7ghz的辐射方向图，优化前由于多种高阶模的影响，天线方向图分瓣严重，而优化后方向图主瓣集中，辐射特性明显改善。
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1.一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计，超表面天线包括上层金属、第一介质板、中间金属、第二介质板以及下层金属，其特征在于：所述上层金属的初始超表面为4×4贴片单元，按照大小不同，分别命名为P1、P2、P3、P4，四个P1单元呈阵列布置，四个P2单元分两组布置在四个P1单元整体的上、下两侧，四个P3单元分两组布置在四个P1单元阵列整体的左、右两侧，四个P4单元分布在四个P1单元阵列整体的四角，P1单元大小为7.5mm×7.5mm，P2单元大小为7.5mm×6mm，P3单元大小为3.5mm×7.5mm，P4单元大小为3.5mm×6mm，各单元之间间隔都是1mm；
2.根据权利要求1所述的一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计，其特征在于：第一介质板的尺寸为40mm×40mm×3.454mm，第二介质板的尺寸为40mm×40mm×0.508mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计，其特征在于：第一介质板和第二介质板所用的材料为Rogers RO4003C，εr =3.55，损耗角正切
...【技术特征摘要】
1.一种基于特征模分析法抑制高阶模的非均匀超表面天线设计，超表面天线包括上层金属、第一介质板、中间金属、第二介质板以及下层金属，其特征在于：所述上层金属的初始超表面为4×4贴片单元，按照大小不同，分别命名为p1、p2、p3、p4，四个p1单元呈阵列布置，四个p2单元分两组布置在四个p1单元整体的上、下两侧，四个p3单元分两组布置在四个p1单元阵列整体的左、右两侧，四个p4单元分布在四个p1单元阵列整体的四角，p1单元大小为7.5mm×7.5mm，p2单元大小为7.5mm×6mm，p3单元大小为3.5m...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海龙，冯彩霞，杨梓，董丽娟，孟田华，
申请(专利权)人：山西大同大学，
类型：发明
国别省市：
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