改进型Fabry-Pérot谐振腔天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及改进型Fabry-P6r〇t谐振腔天线，属于谐振腔天线技术领域。
【背景技术】
[0002] 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-P6r〇t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-P6r〇t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。
[0003]2〇〇5 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-P6rot谐振腔天线；2014年，Fabry-P6rot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_P6rot谐振腔天线实现了很多功能，但是，通过查阅相关Fabry_P6rot谐振腔天线资 料后，我们发现，传统的Fabry-P6r〇t谐振腔天线的3dB增益带宽很低，上述文献中所描述 的Fabry-P6rot谐振腔天线3dB增益带宽不超过2%。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了解决现有Fabry-P6r〇t谐振腔天线增益带宽低的问题，提供了 一种改进型Fabry_P6rot谐振腔天线。
[0005] 本发明所述改进型Fabry_P6rot谐振腔天线，它包括馈源和部分反射板，
[0006] 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;
[0007] 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；
[0008] 使所述谐振腔天线获得最大增益的方法为：
[0009] 设馈源的方向性函数为f(a)，部分反射板的反射系数为re'透射系数为 ，地板的反射系数设为le]"，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：
[0010]
[0011] 其中，a为馈源发射波束与法相夹角，r为反射系数模值，0为反射系数相位，也 为透射系数相位；
[0012] 则确定天线增益G随部分反射板反射系数的增大而增大；
[0013] 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0取值为：
[0014]
[0015] 式中入为工作波长；
[0016] 将上式变形后获得：
[0017]
[0018] 式中n为正整数；
[0019] 当谐振腔腔体高度为h为定值时，获为口为：
[0020]
[0021] 式中f为工作频率，c为光速；
[0022] 则使反射系数相位P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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 本发明的优点：本发明分析了限制传统的Fabry_P6rot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】
[0026] 图1是本发明所述改进型Fabry_P6rot谐振腔天线的结构示意图；
[0027] 图2是部分反射板下表面的结构不意图；
[0028] 图3是部分反射板上表面的结构示意图；
[0029]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；
[0030]图5是谐振腔天线的反射系数仿真与实测结果曲线图；
[0031] 图6是Fabry_P6rot谐振腔天线的增益仿真结果曲线图；
[0032] 图7是12GHz处Fabry_P6rot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】
[0033]
【具体实施方式】一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述改进型 Fabry-P6rot谐振腔天线，它包括馈源1和部分反射板2，
[0034] 馈源1为矩形贴片天线，部分反射板2平行置于馈源1上方，馈源1与部分反射板 2之间形成的谐振腔腔体高度为h;
[0035] 部分反射板2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；
[0036] 使所述谐振腔天线获得最大增益的方法为：
[0037] 设馈源1的方向性函数为f(a)，部分反射板2的反射系数为透射系数为 ,地板的反射系数设为le]"，则将由馈源1发出后射出部分反射板2的波束进行合 成，获得天线增益G为：
[0038]
[0039] 其中，a为馈源发射波束与法相夹角，r为反射系数模值，0为反射系数相位，也 为透射系数相位；
[0040] 则确定天线增益G随部分反射板2反射系数的增大而增大；
[0041] 使射出部分反射板2的波束相位相同，实现同向叠加，则设定变量0取值为：
[0042]
[0043] 式中X为工作波长；
[0044] 将上式变形后获得：
[0045]
[0046] 式中n为正整数；
[0047] 当谐振腔腔体高度为h为定值时，获为梦为：
[0048]
[0049] 式中f为工作频率，c为光速；
[0050] 则使反射系数相位@按上式取值，并且使部分反射板2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。
[0051] 本实施方式中的理论分析：图1所示，馈源采用矩形贴片，背部覆地板，其天线增 益G的获得基础是：假设没有传输损耗，采用简单波速光程分析获得。由天线增益G的表达 式可知，部分反射板反射系数越大，形成的Fabry_P6rot谐振腔天线增益越大。
[0052] 谐振腔腔体高度为h的获得，需要设定部分反射板的波束相位相同，以实现同向 叠加，实现高增益。由h的表达式可知，谐振腔的高度由部分反射板下表面反射相位及n 值决定。由0的表达式可知，在谐振腔天线工作频段内，要求部分反射板的反射相位随频率 的增大而增大，这与现有Fabry-P6r〇t谐振腔天线的部分反射板的反射系数相位随频率递 减，造成带宽很低形成对比。
【具体实施方式】 [0053] 二：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作 进一步说明，部分反射板2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。
【具体实施方