基于Fabry-Perot谐振腔的锥状波束天线

本发明涉及天线，特别是一种基于法布里-珀罗(fabry-perot,fp)的高增益锥状波束天线。

背景技术：

0、技术背景

1、锥状波束天线是一种方向图与普通方向图有所不同的特殊天线。方向图的最大增益方向并不在天线的法线上，而是与天线的法线有一定的角度，并围绕着法线轴向对称，呈现出一个圆环状，这样方向图便是具有轴向对称的特性。无线电通信、电子对抗、雷达、电视、遥感、导航、广播、射电天文等工程系统中，都需要天线发射或接收电磁波。对于不同的应用场景，需要相应的天线才能更好的发挥设备性能。锥状波束天线作为一类重要的天线，其方向图的最大辐射方向与天顶方向呈一定夹角，在方位面可以实现360°覆盖，因而在车载通信，无人机遥控，弹载引信和大空域探测等系统中有着重要的应用价值。在移动通信中要求采用不同频率对应不同倾角的锥状波束。

2、现如今的锥状波束天线为了实现高增益的锥状波束，选择刻在三维物体上的螺旋天线和缝隙阵天线，但缺点是较为笨重，普通螺旋线天线不易安装，贴片天线的增益不高，而阵列天线组阵复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线。

2、实现本发明目的的技术方案为：一种基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，包括第一介质基板、第二介质基板、第一金属层、第二金属层以及单端口馈源，所述第一介质基板与第二介质基板平行设置，所述第一介质基板面向第二介质基板的一面印刷有第一金属印刷电路，所述第二介质基板面向第一介质基板的一面印刷有第二金属印刷电路，所述第一金属层设置在第一介质基板未印刷第一金属印刷电路部分与与第二介质基板未印刷第二金属印刷电路之间，所述第一金属印刷电路、第二金属印刷电路以及第一金属层之间形成fp腔，所述第二金属层设置在第二介质基板远离第二金属印刷电路的一面，且第二金属层与第二介质基板之间剖去部分金属形成金属e形腔体，所述单端口馈源设置在第二介质基板底部中心，且穿过金属e形腔体以及第二金属层。

3、优选地，所述单端口馈源包括喇叭径向波导与sma接头，所述喇叭径向波导设置在金属e形腔体中心，sma接头设置在第二金属层，且与喇叭径向波导连接。

4、优选地，所述第一金属印刷电路包括8圈金属圆环牛眼图案，图形的排布规则为：中心处一个圆，沿着半径方向以p长度为周期增加n圈圆环，每个圆环的宽度为w，由中心向外第n个圆环的外圆半径满足公式：r＝w+n*p，n为整数。

5、优选地，所述第二介质基板包括一个圆盘、一个圆环，圆环环绕圆盘设置，圆盘与圆环由30个等间隔设置的枝节连接。

6、优选地，所述第二金属印刷电路印刷在第二介质基板的圆盘上，覆盖整个圆形。

7、优选地，30个枝节中每120度设置一个宽度为其余枝节宽度3倍的枝节。

8、优选地，所述fp腔的腔体边缘向第二介质基板方向倾斜。

9、优选地，所述金属e形腔体的腔体边缘向第二介质基板方向倾斜。

10、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

11、本发明利用fabry-perot腔天线构建了低剖面，结构简单的高增益锥状波束天线。采用结构相对简单，并且生产加工成本更低；

12、本发明采用了径向线缝隙天线中金属e形腔体的结构设计，由的第二介质基板间隔组成一个径向线波导的双层结构，金属e形腔体中心通过喇叭径向波导和sma接头馈电，产生径向向外的tem模式，通过金属e形腔体在fp腔中转换成一个径向向内的行波模式，部分能量从第一介质基板中辐射出来，从而实现了从四周边缘向中心馈电的过程。

13、本发明选择印刷在介质板上的环形牛眼结构频率选择表面，能够有效的提高锥状波束的方向性和增益，通过改变环的周期和环宽，进而能够改善方向图的角度指向，与普通的漏波天线相比，牛眼结构可以实现较大的波束角度扫描。

14、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。

技术特征：

1.一种基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，包括第一介质基板(6)、第二介质基板(8)、第一金属层、第二金属层以及单端口馈源(2)，所述第一介质基板(6)与第二介质基板(8)平行设置，所述第一介质基板(6)面向第二介质基板(8)的一面印刷有第一金属印刷电路(7)，所述第二介质基板(8)面向第一介质基板(6)的一面印刷有第二金属印刷电路(9)，所述第一金属层设置在第一介质基板(6)未印刷第一金属印刷电路部分与与第二介质基板(8)未印刷第二金属印刷电路(9)之间，所述第一金属印刷电路(7)、第二金属印刷电路(9)以及第一金属层之间形成fp腔(1)，所述第二金属层设置在第二介质基板(8)远离第二金属印刷电路(9)的一面，且第二金属层与第二介质基板(8)之间剖去部分金属形成金属e形腔体(3)，所述单端口馈源(2)设置在第二介质基板(8)底部中心，且穿过金属e形腔体(3)以及第二金属层。

2.根据权利要求1所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述单端口馈源(2)包括喇叭径向波导(4)与sma接头(5)，所述喇叭径向波导(4)设置在金属e形腔体(3)中心，sma接头(5)设置在第二金属层，且与喇叭径向波导(4)连接。

3.根据权利要求1所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述第一金属印刷电路(7)包括8圈金属圆环牛眼图案，图形的排布规则为：中心处一个圆，沿着半径方向以p长度为周期增加n圈圆环，每个圆环的宽度为w，由中心向外第n个圆环的外圆半径满足公式：r＝w+n*p，n为整数。

4.根据权利要求1所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述第二介质基板(8)包括一个圆盘(16)、一个圆环(12)，圆环(12)环绕圆盘(16)设置，圆盘(16)与圆环(12)由30个等间隔设置的枝节(13)连接。

5.根据权利要求4所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述第二金属印刷电路(9)印刷在第二介质基板(8)的圆盘(16)上，覆盖整个圆形。

6.根据权利要求4所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，30个枝节(13)中每120度设置一个宽度为其余枝节(15)宽度3倍的枝节(14)。

7.根据权利要求1所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述fp腔(1)的腔体边缘向第二介质基板方向倾斜。

8.根据权利要求1所述的基于fabry-perot谐振腔的锥状波束天线，其特征在于，所述金属e形腔体(3)的腔体边缘向第二介质基板方向倾斜。

技术总结
本发明公开一种基于Fabry‑Perot谐振腔的锥状波束天线，包括第一介质基板、第二介质基板、第一金属层、第二金属层以及单端口馈源，第一介质基板面向第二介质基板的一面印刷有第一金属印刷电路，第二介质基板面向第一介质基板的一面印刷有第二金属印刷电路，第一金属印刷电路、第二金属印刷电路以及第一金属层之间形成FP腔，第二金属层设置在第二介质基板远离第二金属印刷电路的一面，且第二金属层与第二介质基板之间剖去部分金属形成金属E形腔体，单端口馈源设置在第二介质基板底部中心，且穿过金属E形腔体以及第二金属层。本发明采用了周边馈电的方式，实现了较高的增益，且结构简单，便于实现。

技术研发人员：齐世山,赵珂,吴文
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14