式】 [0054] 三：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式二 作进一步说明，部分反射板2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。
[0055] 所述部分反射板2下表面的每个周期单元为5_X5mm的、相对介电常数1. 5、厚度 1. 5mm的介质板小方块。
[0056] CST仿真实验：图4所示，可知，本发明结构设计满足预期要求。部分反射板反射系 数模值最小值为〇. 74,在f = 11. 5GHz时，反射相位120. 02deg，，在f = 12. 0GHz时，反射 相位171. 25deg，在f = 12. 5GHz时，反射相位171. 79deg。随频率的增大，反射相位递增， 可以满足由波程差导致的相位差，从而实现同向叠加。
[0057] 天线整体结构及仿真实测结果：
[0058] 将本发明的部分反射板加载于馈源天线之上，所用介质板介电常数2. 2,厚度 I. 5_。经过计算与仿真后，确定谐振腔高度为12. 3_，接近工作波长的一半。
[0059] Fabry_P6rot谐振腔天线的反射系数仿真与实测结果见图5。在驻波比VSWR〈2 的情况下，Fabry-P6rot谐振腔天线-10dB阻抗带宽为11. 57GHz到12. 77GHz，中心频率为 12. 17GHz，谐振点频率为11. 88GHz，该点Sn值为-30dB，可见能量得到了很好的辐射。
[0060] 频带宽度为1.20GHz，占中心频率的9.8%。实测结果显示-10dB阻抗带宽为 II. 235GHz到13. 700GHz，中心频率为12. 4695GHz，频带宽度2. 465GHz，占中心频率的 19. 77%。
[0061] Fabry_P6rot谐振腔天线的增益仿真结果见图6。Fabry_P6rot谐振腔天线最高 增益出现在f = 11. 751GHz处，最高增益为16. 16dB，f = 11GHz时，增益为12. 48dB，f = 12GHz 处，增益为 14. 813dB。-3dB 增益带宽频段为 11. 073GHz 到 12. 39GHz，共 1. 317GHz，中 心频率11. 7315GHz，相对-3dB增益带宽11. 23 %。与传统的Fabry-P6rot谐振腔天线-3dB 增益带宽相比，提高了 6倍，由2%增加到11. 23%。
[0062] 12GHz处Fabry_P6rot谐振腔天线方向性系数仿真与实测结果见图7,拟合较好， 图中A为实测曲线，B为仿真曲线。
[0063] 在发明设计了一种独特的3dB增益带宽很宽的Fabry_P6rot谐振腔天线。天线实 物测量显示-10dB阻抗带宽范围是11. 24到13. 7GHz.最大增益16. 16dB，-3dB增益带宽 范围11. 07到12. 39GHz，相对带宽11. 23%。而且，天线谐振腔高度仍保持低剖面特性，谐 振腔高度接近工作波长的一半，12. 33mm，结果表明该.Fabry-P6rot谐振腔天线可良好适 用于无线通信或卫星通信系统。
[0064] 本发明提高增益的分析过程如下：
[0065] 针对部分反射板2的出射波束：
[0066] 波束0电场E(0)为：
[0067]
(2-1)：
[0068] 式中E。为最大福射场强；
[0069] 波束1电场E(l)为：
[0070]
[0077] 采用简单波速光程分析，将射出部分反射板的波速进行合成，则有：
[0078]
(2-6)
[0079] 由等比数列求和，可得：
[0080]
(2-7) 4/r
[0081] 其中，#=P+；r-0若透出PRS部分反射板的波束相位相同，即可实现同向叠加， A .4方* 实现高增益，则要求，即 A
[0082]
(2-8)
[0083] 可见谐振腔的高度有部分反射板下表面反射相位及n值决定。
[0084] 但当谐振腔腔体高度一定时，有
[0085]
(2-9)
[0086] 可见，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。
[0087] 由公式（2-7)得功率谱密度最大值5_:
[0088]
(2-10)
[0089] 由功率谱密度与增益的关系可知增益大小为
[0090]
(2-10)
[0091] 式中S。为无方向性系数辐射功率密度；
[0092] 当a很小时，有如下公式成立：
[0093]
C2.ll)
[0094] 可见，部分反射板的下表面反射系数模值越大，该天线的增益就越大。
【主权项】
1. 一种改进型Fabry-P6rot谐振腔天线，其特征在于，它包括馈源（1)和部分反射板 ⑵， 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 ; 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； 使所述谐振腔天线获得最大增益的方法为： 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ret透射系数为，地板的反射系数设为Ie'则将由馈源⑴发出后射出部分反射板⑵的波束进 行合成，获得天线增益G为：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，φ为透 射系数相位； 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； 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Θ取值为：式中λ为工作波长； 将上式变形后获得： 式中η为正整数； 当谐振腔腔体高度为h为定值时，获为P为：式中f为工作频率，c为光速； 则使反射系数相位f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。2. 根据权利要求1所述的改进型Fabry-P6rot谐振腔天线，其特征在于，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 有敷铜相互间距为〇. 88mm。3. 根据权利要求2所述的改进型Fabry-P6rot谐振腔天线，其特征在于，部分反射板 (2)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。
【专利摘要】改进型Fabry-Pérot谐振腔天线，属于谐振腔天线技术领域。本发明是为了解决现有Fabry-Pérot谐振腔天线增益带宽低的问题。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；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。本发明作为一种谐振腔天线。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q19/10
【公开号】CN105071051
【申请号】CN201510446373
【发明人】祁嘉然, 肖姗姗, 刘畅, 邱爽
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月27日...