基于特征模分析提高高频增益的宽带超表面天线设计

摘要

本文提出了一种工作频带内增益波动小于2.2 dB的宽带超表面天线。天线由三层金属和两层介质构成，上层金属采用表面电流设计自由度比较高的非周期结构，中间金属接地层刻蚀矩形缝隙，下层金属为微带馈线。初始天线的超表面结构为4×4的非周期金属贴片，初始天线的阻抗带宽为4.89 GHz～7.5 GHz，工作频带内低频段的增益在6.7 dBi～8.9 dBi之间，但是天线在7.4 GHz的增益仅为3.4 dBi。之后利用特征模分析法对初始超表面进行分析和优化。通过在P2单元加载y方向缝隙，抑制7.4 GHz附近辐射特性旁瓣较大的高阶模式，而不影响辐射特性良好的基本模式，从而提高天线在7.4 GHz的增益。优化后的天线阻抗带宽为4.89 GHz～7.41 GHz，相对带宽为41%,7.4 GHz的增益从3.4 dBi提高到7.28 dBi，整个工作频带内增益为6.7 dBi～8.9 dBi。之后对天线进行了加工测试，实验结果与仿真结果基本一致。本文设计的天线覆盖了5 GHz宽带无线接入频段和车联网频段，应用场景广泛。

关键词

超表面天线 / 特征模分析法 / 带宽 / 增益