[发明专利]宽带差分Fabry-Perot谐振腔天线

说明书

本发明公开了一种宽带差分Fabry‑Perot谐振腔天线，包括差分宽带微带天线、单层频率选择性表面和波导E面功分器，所述差分宽带微带天线作为馈源，由底层的金属接地板、介质底板、一个矩形贴片和两条矩形条带层叠放置组成；谐振腔上层为具备正相位梯度的周期排列的圆形互补型单层频率选择性表面组成的阵列，单层频率选择性表面结构作为上反射面，由单层覆层介质基板、上层的圆形网状结构和下层的圆形环状孔径结构共同组成；波导E面功分器为差分宽带微带天线提供了等幅反向的差分馈电形成单端口馈电。本发明的宽带差分Fabry‑Perot谐振腔天线一体化设计，性能稳定。

技术领域

本发明涉及微波毫米波天线领域，特别是一种宽带差分Fabry-Perot谐振腔天线。

技术背景

近年来，天线作为发射和接受电磁波的器件，获得了举足轻重的地位。剖面低、增益高的平面天线也开始应用到毫米波领域中。天线发射和接受电磁波的能力对通信系统能否正常运转起到了关键性的作用，但是单个天线带宽窄，增益低，无法保证现有的终端设备能够正常进行工作。单个天线进行等距离组阵的方式能够提高天线的增益，但是馈电系统复杂，体积庞大。相比之下，Fabry-Perot谐振腔天线结构简单，增益高，剖面低，馈电系统简单，这些优势得到了人们越来越多的关注。

2013年Kai Lu首次提出了差分Fabry-Perot谐振腔天线，此天线由两块垂直的平行金属板组成，中间由一块水平方向的地平面连接，为了激励天线，一对背对的同轴探针从地平面伸出。在平行板旁侧有一对开口的脊用来抑制旁瓣，在金属板的顶板也放置了一对脊，顶部的脊之间的间隔大于平行板之间的间隔，用来抑制后向辐射。对于传统的FabryPerot谐振腔天线，波是通过部分频率选择性表面泄露的，且最强的辐射方向应该垂直于天线。但是此天线的辐射发生在开口处，最强的辐射方向平行于平行板。此天线的中心频率是24GHz，增益为11.7dB，交叉极化低于-30dB，但是此天线的带宽窄，仅有2.44％，且结构复杂，剖面高。2018年Zhiming Liu提出了一种基于单层FSS结构的高增益宽带Fabry-Perot谐振腔天线，此天线采用了单层互补圆形FSS结构作为频率选择性表面，剖面低，且3dB增益带宽为26.3％，但是此天线的交叉极化高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频带宽、交叉极化低的宽带差分Fabry-Perot谐振腔天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带差分Fabry-Perot谐振腔天线，包括差分宽带微带天线、单层频率选择性表面和波导E面功分器；

所述差分宽带微带天线作为馈源，由底层的金属接地板和介质底板层叠放置组成，介质底板上设有一个矩形贴片和两条矩形条带，其中矩形条带对称地放置在矩形贴片的两边；谐振腔上层为具备正相位梯度的周期排列的圆形互补型单层频率选择性表面组成的阵列，单层频率选择性表面为双面覆层结构，作为上反射面，由介质基板、位于介质基板上层的圆形网状结构和位于介质基板下层的圆形环状孔径结构组成，上层的圆形网状结构和下层的圆形环状孔径结构结构互补；所述差分宽带微带天线与单层频率选择性表面组成的阵列正对；差分宽带微带天线和单层频率选择性表面之间由空气填充；波导E面功分器为差分宽带微带天线提供等幅反向的差分馈电形成单端口馈电。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)频带宽：通过矩形贴片和矩形条带进行电容耦合形成双谐振点，并在介质和底层的金属接地板之间有一层高为5mm的空气，这些使该天线的带宽得到了拓展。

(2)交叉极化低：因馈入差分天线的是幅度相等且相位相反的信号，这使得交叉极化的电场在远场形成的电场相互抵消，从而有效的降低了差分天线的交叉极化。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明宽带差分Fabry-Perot谐振腔天线的三维结构示意图。