[发明专利]一种宽带、高增益Fabry-Pérot谐振腔天线

说明书

本发明涉及一种宽带、高增益的Fabry‑Pérot谐振腔天线，属于天线技术领域。Fabry‑Pérot谐振腔天线包含两部分：馈电天线以及设置在馈电天线上方的部分反射面。本发明主要通过在馈电天线上方加载部分反射面来提高天线的带宽和增益。其中部分反射面需要满足两个条件：其一具备一个高的反射系数来保证提高馈电天线的增益，其二具备接近理想相位的正反射相位梯度来保证馈电天线的宽带。该天线具有高增益、宽带、小型化的特点，旨在克服现有单天线带宽窄、增益低等缺点，满足5G毫米波通信系统对收发天线宽带、高增益的要求。

技术领域

本发明涉及天线工程技术领域，具体涉及一种宽带、高增益法布里-珀罗谐振腔天线。

背景技术

法布里-珀罗谐振器天线(FPRAs)，也称为法布里-珀罗(FP)腔天线。与传统的微带阵列相比，具有高增益、馈电结构简单、制作成本低等特点，受到了天线界的广泛关注。法布里-珀罗腔天线在当前和下一代无线通信系统、传感器系统、雷达和卫星通信等领域都具有潜在应用。

法布里-珀罗谐振腔天线的工作频率、方向性、增益带宽和辐射方向等主要特性是由部分反射面的特性决定的。然而，这种天线的固有缺点是带宽太窄由于典型的窄带谐振腔结构。为了克服这些缺点，已经研究过一些宽带法布里谐振腔天线的方法，大致可以分为三类。第一种方法是用双层频率选择表面或双层介电层代替在传统一些宽带谐振腔天线设计中的单层EBG层，在多层介质结构中可以看到谐振腔天线将由若干介质基板和气隙空间组成导致结构庞大。第二种方法采用具有横向介电常数梯度的复介电板作为谐振腔天线的上层，这种方法是非常有效的，但其上层结构制作和实现比较复杂。第三种方法利用具有双面金属阵列的电介质基板作为谐振腔天线的部分反射面，这种上覆盖层提供了正反射相位梯度，从而实现了宽带谐振腔天线。在这种结构中，谐振腔天线的高度仅为半波长左右(无论上层和地面的厚度如何)。显然，第三种方法是宽带的最佳方法谐振腔天线的实现，简单易行。另外，它的高度是三种方法中最小的。

综上所述，传统的法布里-珀罗腔天线存在带宽窄，而在未来无线通信系统将需要更宽的带宽，更高的速度和较低的时延。因此，提高天线带宽和增益是必然趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过加载部分反射面，目的在于为馈电天线提高带宽和增益提供一种新的单元结构，解决现有天线带宽窄、增益低的问题。本发明通过下述技术方案实现：

一种宽带、高增益法布里-珀罗谐振腔天线，包括的馈电天线和部分反射面。其中，部分反射面覆盖在馈电天线的上方，用于提高馈电天线的增益和带宽。

本发明提出的宽带、高增益法布里天线与现有法布里谐振腔天线相比，其创新点在于：

采用了在馈电天线上方覆盖部分反射面的方法获得宽带、高增益法布里天线，部分反射面具有一个高的反射系数和一个正的反射相位，与一般的部分反射面不同的是本发明的部分反射面由零间距的双层介质基板产生双谐振形成的一个大的相位差，使得与最优的相位更接近，能有效提供相对较高的增益性能和相对较宽的带宽，同时保持部分反射面的紧凑性。最终从馈电天线中辐射出的电磁波到达空气与隔离介质的分界面时，会有一部分电磁波反射到馈电天线处；电磁波在腔内经过多次反射来达到电场同向增强，最终溢出部分反射面，实现馈电天线的增益增强。

选用贴片式的馈电天线，优势在于，贴片天线具有结构紧凑、易于加工、易于设计、成本低等结构特征，从而使法布里谐振腔天线的整体结构简单，易于实现。

作为对本发明的进一步描述，在馈电天线中引入短路探针，相当于在远离贴片谐振频率用感抗对贴片加载，抵消了贴片带来的容抗，结果形成第二谐振点。

作为对本发明的进一步描述，上述覆盖在贴片天线上方的部分反射面包括双层印刷金属结构的介质基板依次叠放，这些介质基板具有不同的厚度和不同的介电常数，且印刷金属图案也不相同。