CN118232031A - 一种双功能超表面、天线单元、天线阵列及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双功能超表面、天线单元、天线阵列及通信设备，属于无线通信技术领域。其中双功能超表面包括：损耗材料层，包括多个由损耗性材料制成的周期性损耗材料单元；AMC金属层，包括多个周期性金属贴片单元；损耗材料层的一侧用于设置辐射体，损耗材料层的另一侧与AMC金属层的一侧相对；双功能超表面在第一工作频段作为电磁吸收超表面，对入射电磁波进行吸收，在第二工作频段作为人工磁导体反射器，对入射电磁波进行反射；其中第一工作频段高于第二工作频段。双功能超表面同时起到降低天线剖面高度、异频去耦和方向图保形的作用。基于双功能超表面本发明还提出了多频共口径天线阵列，具有剖面高度小、天线带宽大、异频隔离度高等特点。

Description

一种双功能超表面、天线单元、天线阵列及通信设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双功能超表面、天线单元、天线阵列及通信设备。

背景技术

由于2G/3G/4G通信系统将与5G系统长期共存，通信基站需要支持不同系统的多个频段的天线，以节省组网成本。随着5G通信的发展，许多Sub-6 GHz的频谱被分配给了5G通信，如N41频段(2496-2690MHz)、N78频段(3300-3600MHz)和N79频段(4800-5000MHz)。为实现多个通信频谱的兼容性，多频共口径天线阵列的研究引起了广泛关注。但由于工作在不同频率的天线单元之间存在异频干扰，要设计在宽带宽范围内，具有稳定辐射模式和高隔离度的多频共口径天线阵列依然面临挑战。

多频共口径天线阵列目前有三种典型方案，即嵌套方案、交错排布方案和堆叠方案。嵌套方案中，在低频天线单元中嵌套高频天线单元，从而减小了阵列的整体尺寸，但是高低频的频比会受到限制，集成度也相对较低。在交错排布方案中，高频天线单元放置在低频天线单元的下方，低频天线单元和高频天线单元交错排列。交错排布方案一般在低频天线单元上加载射频扼流圈、寄生枝节、槽等结构，以抑制感应电流，从而减少低频和高频单元之间的异频干扰，但是在低频天线单元上的操作不可避免地会影响低频辐射性能。在堆叠方案中，高频天线单元堆叠在低频天线单元之上，从而避免了电磁遮挡效应，但是增加了阵列的高度。

近年来，电磁超表面因其良好的电磁可控特性而被广泛应用于多频共口径天线阵列的设计中。第一现有技术方案使用了堆叠方案，并且在低频和高频单元之间插入了一个频率选择表面(Frequency Selective Surface，简称FSS)，该设计中的FSS在高频段起反射作用，而在低频段电磁透明，从而高频单元的辐射环境被隔离，异频干扰得到抑制。但是，由于多层平面电路板的堆叠，其阵列的剖面高度不可避免地增加。第二现有技术方案将高频单元放置在低频单元下方，并且在高频和低频单元之间插入了一个部分反射表面(Partially Reflecting Surface，简称PRS)，该设计中的PRS在高频段为部分反射，形成了法布里-珀罗谐振腔，从而增强高频单元的辐射，而在低频段电磁透明。但是，上述应用电磁超表面的阵列依然难以在宽带宽内实现稳定辐射和高隔离度。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种双功能超表面、天线单元、天线阵列及通信设备。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种双功能超表面，包括：

损耗材料层，设置在第一平面上，包括N×N个损耗性材料制成的周期性损耗材料单元；

AMC金属层，设置在第二平面上，包括M×M个周期性金属贴片单元；其中M、N均为大于或等于2的正整数；

所述损耗材料层的一侧用于设置辐射体，所述损耗材料层的另一侧与所述AMC金属层的一侧相对，所述AMC金属层的另一侧用于设置金属反射板；

其中，所述双功能超表面在第一工作频段作为电磁吸收超表面，对入射电磁波进行吸收，在第二工作频段作为人工磁导体(AMC)反射器，对入射电磁波进行反射；其中第一工作频段高于第二工作频段。

所述双功能是指其在低频段作为人工磁导体(AMC)，对入射电磁波的反射相位保持在±90°内，可以在低剖面条件下实现低频天线单元的正常辐射；在高频段作为电磁吸收超表面，吸收来自低频天线单元的高频散射电磁波，对入射电磁波的吸收率达80％以上，可以在宽带范围内实现低频天线单元和高频天线单元的异频解耦。

所述电磁波吸收率可用以下公式计算：吸收率＝1-反射系数^2-传输系数^2。

进一步地，所述AMC金属层在第一工作频段的反射特性接近理想金属反射板，与所述损耗材料层共同作用，以实现对第一工作频段的吸波功能；

所述损耗材料层在第二工作频段具有透波特性。

所述吸波特性是指对电磁波吸收率达70％以上，所述透波特性是指传输系数达-3dB以上。

进一步地，所述损耗性材料为氧化铟锡，所述损耗材料层通过由氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜镀层溅射在基底材料上制成；或者，

所述损耗材料层由其它预设电阻率的损耗性材料蚀刻而成；或者，

所述损耗材料层由铜印刷电路结合电阻元件制成。

进一步地，每个所述损耗材料单元包括一个开口环或多个开口环；若所述损耗材料单元包括多个开口环，多个开口环采用嵌套的方式进行布置，开口环的形状包括但不限于圆形环、正方形环、正六边形环、正八边形环、菱形环。或者，

每个所述损耗材料单元包括一个或多个中心对称或轴对称环，且环上加载有若干个电阻元件，环的形状包括但不限于圆形环、正方形环、正六边形环、正八边形环、菱形环。

进一步地，所述双功能超表面还包括金属反射板；

所述损耗材料层设置在第一介质基板的第一表面上，所述AMC金属层设置在第二介质基板的第一表面上，所述第一介质基板的第二表面与所述第二介质基板的第一表面相对，所述第二介质基板的第二表面与所述金属反射板相对；

所述损耗材料单元的位置与金属贴片单元的位置相匹配。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种基于双功能超表面的天线单元，包括：

一个如上所述的双功能超表面；

辐射体，设置在所述双功能超表面的损耗材料层的一侧；所述辐射体为平面偶极子天线、缝隙天线、磁电偶极子天线或者贴片天线。

进一步地，所述双极化低剖面天线单元包括两条全波长辐射缝隙及分别为所述两条辐射缝隙馈电的两条馈电线，辐射缝隙和馈电线分别设置在同一介质基板的第一表面和第二表面上。介质基板下面设置有所述双功能超表面，所述介质基板的第二表面与所述双功能超表面的损耗材料层相对。

进一步地，所述双极化低剖面天线单元的介质基板的第一表面铺设有金属地板，所述全波长辐射缝隙蚀刻在介质基板第一表面的金属地板上。

进一步地，所述全波长辐射缝隙为两条相互正交的H型缝隙，两条馈电线为阶梯阻抗馈电线，设置在辐射体介质基板的第二表面上，两条馈电线相互正交，分别为两条辐射缝隙馈电，以实现±45°双极化辐射。

进一步地，所述双极化低剖面天线单元的每条阶梯阻抗馈电线的一端通过金属化过孔与介质基板第一表面的地板相连，另一端通过金属化过孔与介质基板第一表面的馈电焊盘的一端相连。

进一步地，所述馈电焊盘与介质基板第一表面的地板之间设有环形隔离带，所述馈电焊盘的另一端与天线单元的馈电同轴线所具有内导体相连。

进一步地，所述馈电同轴线的外导体与介质基板第二表面的接地焊盘相连，所述馈电同轴线的外导体还与双功能超表面的金属反射板相连，所述接地焊盘通过金属化过孔与介质基板第一表面的地板相连。

本发明所采用的第三技术方案是：

一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，包括：

双极化低频天线单元，采用如上所述的天线单元来实现；

四个双极化高频天线单元，设置在所述双极化低频天线单元的上方。

所述低频天线单元安装在双功能超表面的上方，所述高频天线单元安装在低频天线单元的上方，高频天线单元与低频天线单元共享一个金属地板。

进一步地，所述高频天线单元沿低频天线单元的全波长辐射缝隙对称分布。

进一步地，所述双极化高频天线单元，包括：

两对正交放置的分离式微带偶极子，每对微带偶极子包含有两个平行放置的偶极子，每对偶极子的中心用一对短路平行微带线互连，每对短路平行微带线上伸出有两对寄生枝节；

两条正交放置的阶梯阻抗馈电线，用于分别激励两对偶极子，以实现±45°双极化辐射，每条馈电线的两个末端各设置有一段弯折线，正交馈电线和偶极子辐射体分别设置在同一介质基板的第一表面和第二表面；

其中，所述馈电线与短路平行微带线共同构成巴伦，用以优化天线单元的阻抗匹配，所述馈电线末端的弯折线与短路平行微带线上的寄生枝节，用以进一步拓展天线的工作带宽。

进一步地，所述低频天线单元的馈电部件为馈电同轴线，其自下而上依次穿过双功能超表面的AMC金属层和损耗材料层；所述同轴线的第一导体与低频天线单元的馈电结构相连接，所述同轴线的第二导体与双功能超表面的金属反射板，以及低频天线单元的预设部分共同连接；

所述高频天线单元的馈电部件为馈电同轴线，其自下而上依次穿过双功能超表面的AMC金属层和损耗材料层，以及低频天线单元的辐射体；所述同轴线的第一导体与高频天线单元的馈电结构相连接，所述同轴线的第二导体与双功能超表面的金属反射板，以及高频天线单元的预设部分共同连接。

本发明所采用的第四技术方案是：

一种通信设备，包括如上所述的双功能超表面；或者，包括如上所述的天线单元；或者，包括如上所述的多频共口径天线阵列。

本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提出了一种新型双功能超表面，其具有两个工作频段，可以在低频段作为AMC，在高频段作为电磁吸收超表面。利用这一特性，可以增强低频天线在低剖面条件下的辐射，有效降低低频天线单元的高度；还可以在宽带范围内有效抑制低频天线在高频段的散射。

(2)本发明提出了一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其在低频段的工作频段为0.65-0.98GHz，带宽达到40％，覆盖了5G移动通信的700MHz频段，在高频段的工作频段为2.48-5.13GHz，带宽达到70％，覆盖了5G移动通信的N41(2496-2690MHz)、N78(3300-3600MHz)、N79(4800-5000MHz)等频段。

(3)利用所述双功能超表面的吸波特性，所提出的多频共口径天线阵列可以在上述频段内保持25dB以上的异频隔离度，高频单元的辐射方向图的上述频段内恢复良好。

(4)利用所述双功能超表面的AMC特性，所提出的多频共口径天线阵列的低频天线单元的高度减小了50％以上，阵列的总体高度减小了40％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例1的多频共口径天线阵列的立体分解结构图。

图2为本发明实施例1的多频共口径天线阵列的侧视图。

图3为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中高频天线单元的第一表面视图。

图4为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中高频天线单元的第二表面视图。

图5为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中低频天线单元的第一表面视图。

图6为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中低频天线单元的第二表面视图。

图7为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中双功能超表面的局部立体结构图。

图8为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中双功能超表面的第一介质基板的第一表面局部视图。

图9为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中双功能超表面在低频段和高频段的反射系数曲线图。

图10为本发明实施例1的多频共口径天线阵列中双功能超表面在低频段的反射相位曲线图。

图11为本发明实施例1的多频共口径天线阵列的端口反射系数的仿真结果图。

图12为本发明实施例1的多频共口径天线阵列的异频耦合度的仿真结果图。

图13为本发明实施例1的低频天线单元通过第一激励端口在0.69GHz处的二维辐射方向图。

图14为本发明实施例1的低频天线单元通过第一激励端口在0.96GHz处的二维辐射方向图。

图15为本发明实施例1的高频天线单元通过第三激励端口在2.5GHz处的二维辐射方向图。

图16为本发明实施例1的高频天线单元通过第三激励端口在3.7GHz处的二维辐射方向图。

图17为本发明实施例1的高频天线单元通过第三激励端口在5.0GHz处的二维辐射方向图。

图18为本发明实施例2的多频共口径天线阵列的立体分解结构图。

图19为本发明实施例3的多频共口径天线阵列的立体分解结构图。

图20为本发明实施例4的多频共口径天线阵列中双功能超表面的局部立体结构示意图。

图21为本发明实施例5的多频共口径天线阵列中双功能超表面的第一介质基板的第一表面局部视图。

附图标记：1-高频天线单元介质基板，11-高频馈电线，12-弯折枝节，131-第三、五、七、九端口，132-第四、六、八、十端口，14-高频偶极子辐射体，15-高频辐射体寄生枝节，2-低频天线单元介质基板，21-低频全波长辐射缝隙，22-低频馈电焊盘，221-第一端口，222-第二端口，23-低频馈电线，24-低频接地焊盘，3-超表面第一介质基板，31-超表面损耗材料层外层开口环，32-超表面损耗材料层内层开口环，4-超表面第二介质基板，5-超表面金属反射板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种多频共口径天线阵列，具体为双频双极化共口径天线阵列，天线阵列自上而下依次设置有高频天线单元组、低频天线单元和双功能超表面，其中，双功能超表面自上而下依次设置有第一介质基板3、第二介质基板4和金属反射板5，第一介质基板的第一表面上设置有损耗材料层，第二介质基板的第一表面上设置有AMC金属层。

高频天线单元介质基板1的第二表面与低频天线单元介质基板2的第一表面相对，低频天线单元介质基板2的第二表面与双功能超表面第一介质基板3的第一表面相对，双功能超表面第一介质基板3的第二表面与双功能超表面第二介质基板4的第一表面相对，双功能超表面第二介质基板4的第二表面与金属反射板5相对。

在一些可选的实施例中，低频天线单元和高频天线单元均采用同轴线作为馈电部件。

作为一种可选的实施方式，高频天线单元组包括四个高频天线单元，每个高频天线单元工作于高频段(2.5-5.0GHz)，且结构尺寸相同。以其中一个高频天线单元为例，如图3所示，高频天线单元介质基板1的第一表面印刷了一对正交馈电线11，一对正交馈电线包括两条馈电线，每条馈电线的两端带有一段弯折枝节12；如图4所示，高频天线介质基板的第二表面印刷了一个偶极子辐射体14，所述偶极子辐射体包括两对正交放置的偶极子，每对偶极子通过一对短路平行微带线连接，每对短路平行微带线上伸出有两对寄生枝节15，以优化高频段阻抗匹配。

每条高频馈电线通过端口131和端口132分别与两条高频馈电同轴线的内导体相连，通过所述高频馈电线对偶极子辐射体进行馈电，以实现高频段±45°双极化辐射，所述高频馈电同轴线的外导体焊接到所述高频偶极子辐射体14上，所述高频馈电同轴线的外导体还与双功能超表面的金属反射板5相连。

作为一种可选的实施方式，低频天线单元工作于低频段(0.69-0.96GHz)。如图5所示，低频天线介质基板的第一表面铺设有金属地板，地板上蚀刻有两条正交的低频全波长辐射缝隙21(即全波长缝隙天线)，低频天线介质基板的第一表面设置有两个馈电焊盘22，馈电焊盘22与第一表面的地板之间设置有环形隔离区；如图6所示，低频天线介质基板的第二表面印刷了两条低频阶跃阻抗馈电线23，低频天线介质基板的第二表面设置有两个接地焊盘24。

馈电焊盘22通过端口221和端口222分别与两条低频馈电同轴线的内导体相连，所述每条低频馈电线通过金属化过孔与馈电焊盘相连，通过两条低频馈电线23对低频全波长辐射缝隙21进行馈电，以实现低频段±45°双极化辐射，所述低频馈电同轴线的外导体焊接到所述低频接地焊盘24上，所述低频馈电同轴线的外导体还与双功能超表面的金属反射板5相连。

作为一种可选的实施方式，双功能超表面包括第一介质基板3、第二介质基板4和金属反射板5，如图7所示，第一介质基板3的第一表面设置有损耗材料层，第二介质基板4的第一表面设置有AMC金属层。所述双功能超表面的两个功能：1)在低频段，作为人工磁导体(AMC)反射器，在低剖面条件下实现低频天线单元的正常辐射；2)在高频段，作为电磁吸收超表面，吸收来自低频天线单元的高频散射电磁波，抑制低频天线单元在高频段的电磁散射，减小低频天线单元对高频天线单元辐射性能的负面影响。

在一些可选的实施例中，如图1所示，所述第一介质基板3的第一表面上的损耗材料层由氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜镀层溅射在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底材料上而成，所述损耗材料层设置有10×10个周期性ITO损耗材料单元，每个单元的几何形状、尺寸完全相同；如图8所示，每个单元包括有外层开口环31和内层开口环32，其中外层开口环31由四条弯折线组成，内层开口环32为正方形开口环，在环的四条边的中点处设置有具有一定长度的开口。

在一些可选的实施例中，如图1所示，所述第二介质基板4的第一表面上的AMC金属层设置有5×5个周期性正方形金属贴片单元，每个单元的几何形状、尺寸完全相同。如图1和图7所示，所述一个周期性金属贴片单元的尺寸与2×2个周期性ITO损耗材料单元组的尺寸大小相等，位置重合对应，所述一个周期性金属贴片单元、2×2个周期性ITO损耗材料单元，以及对应位置和大小的部分金属反射板共同组成所述双功能超表面的一个基本单元。需要注意的是，本实施例中的损耗材料层和AMC金属层均为正方形，因此，损耗材料层设置有10×10个周期性ITO损耗材料单元，AMC金属层设置有5×5个周期性正方形金属贴片单元，但是损耗材料层和AMC金属层的形状并非限定为正方形，其他形状(如：矩形、菱形)同样适用与本申请，因此这些形状的损耗材料层和AMC金属层也应落入本申请的保护范围内。

如图9所示，图9为实施例1提供的双功能超表面在低频段和高频段的反射系数仿真曲线图，可以看出，所提出双功能超表面在0.69-0.96GHz频段内反射系数的幅度高于-0.7dB，这意味双功能超表面在低频段内可以正常反射电磁波，所提出双功能超表面在2.5-5.0GHz频段内反射系数的幅度低于-10dB，这意味双功能超表面在高频段内起到吸收电磁波的作用。需要注意的是，在本实施例中的低频段(即第二工作频段)为0.69-0.96GHz频段，但是并不限于这个范围，具体可以根据实际情况进行频段扩充或者频段平移，相应的频段也应落入本申请的保护范围之内；同理，本实施例的高频段(即第一工作频段)虽然为2.5-5.0GHz频段，但也并非局限于此。

如图10所示，图10为实施例1提供的双功能超表面在低频段的反射相位仿真曲线图，可以看出，所提出双功能超表面在0.69-0.96GHz频段内反射相位在±90°范围内，这意味着超表面在低频段内起到AMC的作用，可以使低频天线单元在低剖面条件下保持正常的辐射性能。

如图11所示，图11为实施例1提供的多频共口径天线阵列的端口反射系数的测试结果图，可以看出低频天线单元工作在0.65-0.98GHz频段内时，反射系数低于-10dB；高频天线单元工作在2.48-5.13GHz频段内时，反射系数低于-10dB。

如图12所示，图12为实施例1提供的多频共口径天线阵列的异频耦合度的测试结果图，可以看出低频天线单元和高频天线单元之间的异频端口隔离度在0.65-0.98GHz内高于33dB和在2.48-5.13GHz内高于25dB。

如图13～图14所示，图13、图14分别为本实施例提供的低频天线单元通过第一激励端口221在0.69GHz处的二维辐射方向图以及在0.96GHz处的二维辐射方向图，第二激励端口222和第一激励端口231的辐射方向图相似，不再赘述，可以看出低频天线单元具有稳定的边射辐射模式，在工作频段内方向图无畸变。

如图15～图17所示，图15、图16、图17分别为本实施例提供的高频天线单元通过第三激励端口131在2.5GHz处的二维辐射方向图，在3.7GHz处的二维辐射方向图以及在5.0GHz处的二维辐射方向图，第四激励端口至第十激励端口的辐射方向图也相似，不再赘述，可以看出高频天线单元具有稳定的边射辐射模式，在工作频段内方向图无畸变。

实施例2：

如图18所示，本实施例提供了一种多频共口径天线阵列，具体为双频双极化共口径天线阵列，其自上而下依次设置有高频天线单元组、低频天线单元和双功能超表面，其中高频天线单元和双功能超表面与实施例1相同，本实施例与实施例1的区别在于：将实施例1中的低频全波长缝隙天线替换为低频平面偶极子天线；低频单元介质基板2的第一表面设置有两对平面偶极子21，每对偶极子通过低频馈电同轴线馈电，实现低频段±45°双极化辐射；高频天线单元设置于低频偶极子天线的上方，低频偶极子的辐射臂作为高频天线单元的反射器，以实现高频天线单元的单向辐射。

实施例3：

如图19所示，本实施例提供了一种多频共口径天线阵列，具体为双频双极化共口径天线阵列，其自上而下依次设置有高频天线单元组、低频天线单元和双功能超表面，其中低频天线单元和双功能超表面与实施例1相同，本实施例与实施例1的区别在于：将实施例1中的高频偶极子天线替换为高频贴片天线；高频天线单元介质基板1的第二表面与低频天线单元介质基板2的第一表面相对，高频天线单元介质基板1的第一表面印刷有四个正方形金属贴片11～14，每个金属贴片通过两条高频馈电同轴线馈电，实现高频段±45°双极化辐射。

实施例4：

本实施例提供了一种多频共口径天线阵列，具体为双频双极化共口径天线阵列，阵列整体布局和其中的低频天线单元、高频天线单元与实施例1中相同，本实施例与实施例1的区别在于：双功能超表面的实现形式；本实施例的双功能超表面的第一介质基板3上的损耗材料层由氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜镀层溅射在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底材料上而成，如图20所示，其阻性材料周期性单元包括有外层开口环31和内层开口环32，其中外层开口环31为正方形开口环，内层开口环32为圆形开口环，在环的四条边的中点处设置有具有一定长度的开口，本实施例的双功能超表面的第二介质基板4上的AMC金属层由周期性正方形金属贴片单元组成，每个金属贴片单元上蚀刻有一个方形环形槽。

实施例5：

本实施例提供了一种多频共口径天线阵列，具体为双频双极化共口径天线阵列，阵列整体布局和其中的低频天线单元、高频天线单元与实施例1中相同，双功能超表面的整体结构和AMC金属层也与实施例1中相同，本实施例与实施例1的区别在于：双功能超表面的损耗材料层的实现形式；本实施例的双功能超表面的第一介质基板3上的损耗材料层为铜印刷电路结合集总电阻元件而成，如图21所示，其损耗材料层上的周期性单元包括有外层开口环31和内层开口环32，二者均为正方形开口环，在环的四条边的中点处设置有具有一定长度的开口，在开口处加载有集总电阻元件33。

实施例6：

本实施例提供了一种无线通信设备，该通信设备为无线通信系统的发射和接收设备，包括如以上实施例所述的一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其从上到下依次包括高频天线单元、低频天线单元和双功能超表面。

综上所述，本发明提供了一种双功能超表面，双功能超表面可以在低频段内作为AMC，在高频段作为电磁吸收超表面，即在低频天线单元的工作频段内作为人工磁导体反射面，在高频天线单元的工作频段内作为吸波超表面吸收低频天线单元的高频段散射；另外，所述双功能超表面同时起到降低天线剖面高度、异频去耦和方向图保形的作用。基于所述的双功能超表面，本发明提供了一个多频共口径天线阵列，具有剖面高度小、天线带宽大、异频隔离度高等特点，解决了现有共口径阵列难以在超宽带范围内实现稳定辐射和高隔离度的问题，具体地，该多频共口径天线阵列为双频双极化共口径天线阵列，包括一个工作在0.69-0.96GHz的低频天线单元、四个工作在2.5-5.0GHz的高频天线单元和一个双功能超表面，所述双功能超表面可以在低剖面内增强低频天线单元的辐射，从而减低阵列的整体高度，并且其可以吸收来自低频天线单元的高频散射电磁波，在宽带范围内实现低频天线单元和高频天线单元的异频解耦，保持高频天线单元正常的辐射性能。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种双功能超表面，其特征在于，包括：

损耗材料层，包括多个带有损耗性的周期性单元；

AMC金属层，包括多个周期性金属贴片单元；

所述损耗材料层的一侧用于设置辐射体，所述损耗材料层的另一侧与所述AMC金属层的一侧相对，所述AMC金属层的另一侧用于设置金属反射板；

其中，所述双功能超表面在第一工作频段作为电磁吸收超表面，对入射电磁波进行吸收，在第二工作频段作为人工磁导体反射器，对入射电磁波进行反射；其中第一工作频段高于第二工作频段。

2.根据权利要求1所述的一种双功能超表面，其特征在于，所述AMC金属层在第一工作频段的反射特性接近理想金属反射板，与所述损耗材料层共同作用，以实现对第一工作频段的吸波功能；

所述损耗材料层在第二工作频段具有透波特性。

3.根据权利要求1所述的一种双功能超表面，其特征在于，

所述损耗材料层由预设电阻率的损耗性材料蚀刻而成；或者，

所述损耗材料层由铜印刷电路结合电阻元件制成。

4.根据权利要求1所述的一种双功能超表面，其特征在于，每个所述带有损耗性的周期性单元包括一个开口环或多个开口环；所述损耗性材料单元包括多个开口环，多个开口环采用嵌套的方式进行布置；或者，

每个所述带有损耗性的周期性单元包括一个或多个中心对称或轴对称环，且环上加载有若干个电阻元件。

5.根据权利要求1所述的一种双功能超表面，其特征在于，所述损耗材料层设置在第一介质基板的第一表面上，所述AMC金属层设置在第二介质基板的第一表面上，所述第一介质基板的第二表面与所述第二介质基板的第一表面相对，所述第二介质基板的第二表面与所述金属反射板相对；

所述损耗材料单元的位置与金属贴片单元的位置相匹配。

6.一种基于双功能超表面的天线单元，其特征在于，包括：

一个如权利1-5任一项所述的双功能超表面；

辐射体，设置在所述双功能超表面的损耗材料层的一侧；所述辐射体为平面偶极子天线、缝隙天线、磁电偶极子天线或者贴片天线。

7.一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其特征在于，包括：

双极化低频天线单元，采用如权利要求6所述的天线单元来实现；

四个双极化高频天线单元，设置在所述双极化低频天线单元的上方。

8.根据权利要求7所述的一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其特征在于，所述双极化高频天线单元，包括：

两对正交放置的分离式微带偶极子，每对微带偶极子包含有两个平行放置的偶极子，每对偶极子的中心用一对短路平行微带线互连，每对短路平行微带线上伸出有两对寄生枝节；

两条正交放置的馈电线，用于分别激励两对偶极子，每条馈电线的两个末端各设置有一段弯折线，正交馈电线和偶极子辐射体分别设置在同一介质基板的第一表面和第二表面。

9.根据权利要求8所述的一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其特征在于，所述双极化高频天线单元的馈电线与短路平行微带线共同构成巴伦，用以优化所述双极化高频天线单元的阻抗匹配，所述馈电线末端的弯折线与短路平行微带线上的寄生枝节，用以进一步拓展天线工作带宽。

10.根据权利要求7所述的一种基于双功能超表面的多频共口径天线阵列，其特征在于，所述低频天线单元的馈电部件为馈电同轴线，其自下而上依次穿过双功能超表面的AMC金属层和损耗材料层；所述同轴线的第一导体与低频天线单元的馈电结构相连接，所述同轴线的第二导体与双功能超表面的金属反射板，以及低频天线单元的预设部分共同连接；所述高频天线单元的馈电部件为馈电同轴线，其自下而上依次穿过双功能超表面的AMC金属层和损耗材料层，以及低频天线单元的辐射体；所述同轴线的第一导体与高频天线单元的馈电结构相连接，所述同轴线的第二导体与双功能超表面的金属反射板，以及高频天线单元的预设部分共同连接。

11.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的双功能超表面；或者，包括如权利要求6所述的天线单元；或者，包括如权利要求7-10任意一项所述的多频共口径天线阵列。