[发明专利]改进型Fabry-Pérot谐振腔天线

说明书

技术领域

本发明涉及改进型Fabry-Pérot谐振腔天线，属于谐振腔天线技术领域。

背景技术

近年来，高增益、低剖面的平面天线被广泛应用到厘米波、甚至毫米波通讯上，比如高速无线局域网、卫星收发系统和点对点的无线通信。但由于单个天线的增益较小、带宽较窄，无法满足现今通信系统需求。阵列排布天线通过耦合可以提高增益与带宽，但天线馈电系统会很复杂。相对而言，Fabry-Pérot谐振腔天线为我们提供了一种简单的提高天线增益却不增大馈电系统复杂性的新方法。传统的Fabry-Pérot谐振腔天线是由部分反射板PRS加载于平面天线之上构成，其谐振腔高度为工作波长的一半。

2005年，Feresidis等人将AMC(artificialmagneticconductor，人工磁导体)覆于平面馈源天线周围，成功将谐振腔高度降到工作波长的四分之一；2014年，Debogovic将部分反射板PRS置于两个平面天线形成的阵列之上，实现了独立的波速扫描和波瓣大小控制；2013年出现了可共形的Fabry-Pérot谐振腔天线；2014年，Fabry-Pérot谐振腔天线实现了将馈源线极化方式转化为天线整体圆极化的功能。经过这些年的发展，Fabry-Pérot谐振腔天线实现了很多功能，但是，通过查阅相关Fabry-Pérot谐振腔天线资料后，我们发现，传统的Fabry-Pérot谐振腔天线的3dB增益带宽很低，上述文献中所描述的Fabry-Pérot谐振腔天线3dB增益带宽不超过2％。

发明内容

本发明目的是为了解决现有Fabry-Pérot谐振腔天线增益带宽低的问题，提供了一种改进型Fabry-Pérot谐振腔天线。

本发明所述改进型Fabry-Pérot谐振腔天线，它包括馈源和部分反射板，

馈源为矩形贴片天线，部分反射板平行置于馈源上方，馈源与部分反射板之间形成的谐振腔腔体高度为h；

部分反射板为双面覆层结构，其上表面为周期排布的敷铜阵列，下表面为周期排布的镂空十字型敷铜方阵列；

使所述谐振腔天线获得最大增益的方法为：

设馈源的方向性函数为f(α)，部分反射板的反射系数为透射系数为地板的反射系数设为1e^jπ，则将由馈源发出后射出部分反射板的波束进行合成，获得天线增益G为：

其中，α为馈源发射波束与法相夹角，r为反射系数模值，为反射系数相位，ψ为透射系数相位；

则确定天线增益G随部分反射板反射系数的增大而增大；

使射出部分反射板的波束相位相同，实现同向叠加，则设定变量θ取值为：

式中λ为工作波长；

将上式变形后获得：

式中n为正整数；

当谐振腔腔体高度为h为定值时，获为为：

式中f为工作频率，c为光速；

则使反射系数相位按上式取值，并且使部分反射板反射系数在容许的范围内取最大值，获得谐振腔天线最大增益。

部分反射板上表面的敷铜阵列中，中间列敷铜中所有正方形敷铜的边长为4.12mm，敷铜阵列中所有敷铜相互间距为0.88mm。

部分反射板下表面的镂空十字型敷铜方阵列中，每个周期的边长为5mm，所述镂空十字型的十字长度为4.6mm，镂空十字型的十字宽度为2mm。

本发明的优点：本发明分析了限制传统的Fabry-Pérot谐振腔天线3dB增益带宽提高的原因，设计了一种独特的谐振腔天线，同时，通过仿真验证了其在3dB增益带宽的提高。本发明的部分反射板PRS结构，使他的反射系数模值较大，这使得馈源天线增益得到提高，反射系数相位随频率存在正相关关系，使得阻抗带宽和增益带宽均得到提高。

附图说明

图1是本发明所述改进型Fabry-Pérot谐振腔天线的结构示意图；

图2是部分反射板下表面的结构示意图；

图3是部分反射板上表面的结构示意图；

图4是部分反射板周期单元结构的反射系数与频率的关系曲线图；

图5是谐振腔天线的反射系数仿真与实测结果曲线图；

图6是Fabry-Pérot谐振腔天线的增益仿真结果曲线图；

图7是12GHz处Fabry-Pérot谐振腔天线方向性系数仿真与实测结果曲线图。

具体实施方式