宽频带高增益的复合式空馈阵印刷天线的研究

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本论文研究微带贴片单元的空馈阵印刷天线,以期实现宽频带和高增益。为了提高微带贴片天线的增益、并避免微带贴片阵的复杂馈线网络,本文立足于Fabry-Perot谐振器天线的原理,采用两类谐振器结构的改进方案:采用频率选择表面(FSS)为盖板、U形缝隙矩形贴片为辐射器、以及普通电导体或人工磁导体为反射基板,实现了较高的口径辐射效率,明显提高了天线的增益,但其增益频带不够宽。为了展宽天线的实用频带,弱化盖板中FSS的谐振特性,提出将FSS盖板中相同尺寸的方贴片改进成沿一维或二维渐变尺寸的改进结构。有效地增宽了增益频带,并使它们尽量包容在阻抗频带内,以增宽公共的实用频带。 立足于融合反射阵、传输阵和Fabry-Perot谐振器概念的复合式空馈阵印刷天线,从两方面实施了提高增益的改进:在盖板-基板间距最小或增加半波长的基础上,(1)扩大复合式空馈阵印刷天线的盖板/基板并增加其贴片单元数;(2)切除复合式空馈阵印刷天线结构中受馈源照射较弱的四个角区、并在口径场较强的边缘外侧递加贴片单元。这两种方法都能改善相位补偿而提高天线的定向性。 本文借助CST微波工作室进行仿真分析,对各项结构参数下的天线性能进行了比较和优选,总结出有设计参考价值的规律。作为改进方案的验证,设计、加工、测试了复合式空馈阵印刷天线的实验样品。测试结果:阻抗频带为14.18~16.73GHz(-10 dB回波损失),相对阻抗带宽为16.5%;增益频带为14.14~15.40GHz(自最大值跌落-3 dB),相对增益带宽为8.53%;公共实用频带为14.18~15.40GHz,相对公共实用带宽为8.25%。测试数据与仿真数据基本相符,验证了仿真结果的正确性。
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