宽频带及多频段Fabry-Perot谐振腔天线设计

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随着现代科学技术的进步,无线通信等技术取得了飞速的发展。各种信息的传播途径不仅快速有效而且变得更加多元化,这一切都源于电磁场与电磁波在无线电技术中的应用。天线作为无线通信系统的前端,其性能指标需要不断提高。如在远距离通信时,天线需要具有较高的增益。如通信设备较小且功能较多时,天线需要覆盖较宽的频带或拥有较多的频段。而法布里-珀罗谐振腔天线(Fabry-Perot Resonator Antenna,FPRA)作为一种高增益天线,其在小型化、高效率等方面具有明显的优势。因此,论文围绕单覆层结构的宽频带法布里-珀罗谐振腔天线、双覆层结构的宽频带法布里-珀罗谐振腔天线以及单覆层结构的双频段法布里-珀罗谐振腔天线展开深入研究,取得的研究成果可概括总结如下:1.提出了一款单覆层宽频带法布里-珀罗谐振腔天线。该天线采用了缝隙耦合贴片馈源,不仅避免了阵列馈电网络的复杂性,而且在宽带范围内为谐振腔天线提供了较为稳定的增益。在覆层中,部分反射表面(PRS)采用了正六边形贴片与六脚分支组合的单元,与传统四边形结构单元相比排列更为紧密,反射性能更优。实测结果表明,天线的3d B增益带宽为25.3%(8.7GHz-11.2GHz),峰值增益为13.8d Bi。此外,天线的-10d B反射系数带宽为26%(8.6GHz-11.2GHz)。与现有的同类型谐振腔天线相比,所设计的谐振腔天线不仅具有较宽的增益带宽,而且拥有较好的辐射性能。2.设计实现了一款双覆层宽频带法布里-珀罗谐振腔天线。该天线中的第一层介质基板采用了正六边形贴片和正六边形环组合的单元,第二层介质基板采用了正六边形贴片和正六边形环以及三脚分支组合的单元。这两种单元的组合不仅可使法布里-珀罗谐振腔天线的电尺寸更小,而且可以使覆层结构在9.1-13.5GHz的宽频带内获得正反射相位梯度。该天线采用双缝隙耦合双贴片馈源,保证了谐振腔天线的宽频带特性。实测结果表明,天线的3d B增益带宽为34.2%,峰值增益为14.2d Bi。与现有的同类型谐振腔天线相比,所设计的天线在具有小尺寸(0.6 λ0×2.2 λ0×2.2 λ0)的同时,又拥有更宽的3d B增益带宽。3.仿真设计了一款单覆层双频段法布里-珀罗谐振腔天线。覆层的两侧印刷有圆形贴片,且圆形贴片通过周期性排列可使覆层结构在X波段以及Ku波段获得反射特性。该天线采用双馈电缝隙耦合贴片馈源,实现了X波段以及Ku波段的工作特性。优化后的谐振腔天线拥有较好的阻抗特性以及方向性,无论在X波段还是Ku波段,其工作频带都超过了10%,且均具有较高的增益。
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