基于Fabry-Perot谐振腔的微带天线阵列技术研究
发布时间：2021-07-15 19:51
本文主要针对Fabry-Perot谐振腔天线的宽带高增益技术做了分析和研究。首先对Fabry-Perot谐振腔相关理论以及阵列技术进行了简要的阐述,然后重点研究微带天线的“高增益宽带”技术。主要通过加载具有正相位反射特性的部分反射表面（Partially Reflective Surface,PRS）,构成Fabry-Perot谐振腔天线来实现。本文主要进行的研究内容如下:首先,分析Fabry-Perot谐振腔天线的工作原理,得出了传统部分反射表面增益带宽较窄的原因:反射系数相位随着频率增大而减小。然后设计出一种具有正反射相位梯度的部分反射表面,并说明了其优势所在。通过电磁仿真软件HFSS仿真,分析该部分反射表面各参数变化对其性能的影响。最后得出结论:其反射系数幅度随着相对带宽的增大而减小。其次,研究微带天线圆极化技术,以及展宽圆极化微带天线3dB轴比带宽的方法,设计出具有宽带圆极化特性的天线单元。然后研究了阻抗匹配原理和天线阵列技术,设计出相应的馈电网络以及具有圆极化特性的微带天线阵列。然后,研究提高Fabry-Perot谐振腔天线增益的方法,并分别将微带天线单元和微带天线阵列作为F...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木桩EBG结构单元
电子科技大学硕士学位论文4一个带有开槽的天线阵列作为电磁带隙结构谐振腔天线的馈源，该款天线不仅具有较高的增益，并且将工作带宽增加到了13.2%[28]，其天线结构模型如图1-2所示。RuinaLian等人采用一种在介质基板上印制互补性金属结构的部分反射表面，获得了12.5%以上的增益带宽[29]。葛志晨等人采用组合电磁带隙结构与频率选择表面结构作为覆层的方式，不仅阻断了天线的反向辐射，还拓宽了天线的增益带宽[30]。Naizhi等人采用了两种具有不同介电常数的双层介质基板叠加的方法，将增益带宽拓宽到25.8%[31]。WenQuanCao等人设计出一种新型的部分反射表面，其由两个表面都带有二维金属贴片阵列的介质板组成，加载在馈源天线上面，-3dB增益带宽达到了42.3%[32]。葛志晨等人利用在同一平面上，单元结构逐渐变化的频率选择表面可以补偿反射相位的原理，展宽了增益带宽[33]。Z.H.Wu等人设计出一种复合空馈天线阵列，用尺寸大小渐变的频率选择表面反射板与HIP结构接地板组成谐振腔天线，该天线的反射相位得到了合理的补偿，有效地扩宽了其增益带宽[34]。图1-2开槽阵列为馈源的谐振腔天线的结构图2.降低剖面当满足Fabry-Perot谐振腔天线的谐振条件时，传统的Fabry-Perot谐振腔天线的腔体高度通常取二分之一个工作波长。因此，当谐振腔天线在较低频率范围内工作时，其波长也会较长，这就使谐振腔腔体高度变大。为了降低其腔体剖面的高度，A.P.Feresids使用具有较低反射相位特性的人工合成磁导体材料代替传统谐振腔天线的接地板，相较于传统的谐振腔天线，其腔体的高度减少一半[35]。L.Zhou等人采用反射相位为负值的异向介质板作为谐振腔天线的接地板，同样达到了降低谐振腔腔体的高度的目的[36]。A.Ourir等人使用异向介质板结构作
第一章绪论5图1-3HIS-AMC结构图3.实现双频或多频化要想实现Fabry-Perot谐振腔天线的双频或多频化，应使天线满足两个或者多个不相同的谐振模式。为了实现双频化，一种有效地方式是采用双层的频率选择表面，作为Fabry-Perot谐振腔天线的部分反射板，适当调节每个频率选择表面与接地板之间的距离，即可使谐振腔天线在两个频率不同的谐振模式工作[38][39]。很显然，多层频率选择表面反射板之间的间距太大，不能实现腔体剖面低的目标。2006年，D.H.Lee使用印刷Dipole形贴片的双层频率选择表面作为天线的覆层，所得到的谐振腔天线能够实现双频工作特性。XieP等人设计出一种对不同极化波具有不同反射相位的反射超表面，并以此表面作为接地板，可实现在8.35-8.56GHz和9.5-10.1GHz两个频段内工作[40]。4.实现波束控制对Fabry-Perot谐振腔天线来说，要想实现波束的控制，具有一定的难度。但在一些实际的应用中，需要满足谐振腔天线也具有波束控制的功能。G.K.Palikara所设计出的谐振腔天线为圆柱形，馈源为放在腔体内部的半波偶极子。由于谐振腔腔体的影响，半波偶极子垂直平面波束的宽度被压缩，从而实现了宽波束的辐射特性[41]。Y.Hao等人提出了一种位于同一平面内的紧凑型电磁带隙(UniplanarCompactElectromagneticBandgap，UC-EBG)结构，用以构成Fabry-Perot谐振腔，然后将贴片天线从UC-PBG腔体中心移开，即可形成天线波束[42]。为了实现更好地调整天线的反射系数相位，A.Ourir采用一种特殊的异性材料作为Fabry-Perot谐振腔天线的部分反射表面，这种材料由感性和容性金属片交错构成，通过改变接地板上金属片之间的距离，引起反射系数相位的变化，实现了从20到+20范围内的波束扫描[43]。2008年，基于A.Ourir的研究，A.R.Weily增加了?
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星移动通信发展现状及展望[J]. 吕子平,梁鹏,陈正君,韩淼. 卫星应用. 2016(01)
[2]浅谈移动通信技术的现状与发展[J]. 王平. 科技创新导报. 2012(24)
[3]浅谈中国卫星移动通信的发展[J]. 董钢. 卫星与网络. 2010(04)
[4]采用介质PBG盖板Fabry-Perot谐振器的宽频带高增益印刷天线[J]. 葛志晨,章文勋,刘震国,顾莹莹. 电波科学学报. 2006(05)
硕士论文
[1]低剖面高增益Fabry-Perot谐振腔天线研究[D]. 韩雷.西安电子科技大学 2013
[2]Fabry-Perot谐振腔天线优化设计研究[D]. 叶倩.南京理工大学 2012
[3]抛物面天线反射面形变与应力分析[D]. 胡靖.国防科学技术大学 2007
本文编号：3286353
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木桩EBG结构单元
电子科技大学硕士学位论文4一个带有开槽的天线阵列作为电磁带隙结构谐振腔天线的馈源，该款天线不仅具有较高的增益，并且将工作带宽增加到了13.2%[28]，其天线结构模型如图1-2所示。RuinaLian等人采用一种在介质基板上印制互补性金属结构的部分反射表面，获得了12.5%以上的增益带宽[29]。葛志晨等人采用组合电磁带隙结构与频率选择表面结构作为覆层的方式，不仅阻断了天线的反向辐射，还拓宽了天线的增益带宽[30]。Naizhi等人采用了两种具有不同介电常数的双层介质基板叠加的方法，将增益带宽拓宽到25.8%[31]。WenQuanCao等人设计出一种新型的部分反射表面，其由两个表面都带有二维金属贴片阵列的介质板组成，加载在馈源天线上面，-3dB增益带宽达到了42.3%[32]。葛志晨等人利用在同一平面上，单元结构逐渐变化的频率选择表面可以补偿反射相位的原理，展宽了增益带宽[33]。Z.H.Wu等人设计出一种复合空馈天线阵列，用尺寸大小渐变的频率选择表面反射板与HIP结构接地板组成谐振腔天线，该天线的反射相位得到了合理的补偿，有效地扩宽了其增益带宽[34]。图1-2开槽阵列为馈源的谐振腔天线的结构图2.降低剖面当满足Fabry-Perot谐振腔天线的谐振条件时，传统的Fabry-Perot谐振腔天线的腔体高度通常取二分之一个工作波长。因此，当谐振腔天线在较低频率范围内工作时，其波长也会较长，这就使谐振腔腔体高度变大。为了降低其腔体剖面的高度，A.P.Feresids使用具有较低反射相位特性的人工合成磁导体材料代替传统谐振腔天线的接地板，相较于传统的谐振腔天线，其腔体的高度减少一半[35]。L.Zhou等人采用反射相位为负值的异向介质板作为谐振腔天线的接地板，同样达到了降低谐振腔腔体的高度的目的[36]。A.Ourir等人使用异向介质板结构作
第一章绪论5图1-3HIS-AMC结构图3.实现双频或多频化要想实现Fabry-Perot谐振腔天线的双频或多频化，应使天线满足两个或者多个不相同的谐振模式。为了实现双频化，一种有效地方式是采用双层的频率选择表面，作为Fabry-Perot谐振腔天线的部分反射板，适当调节每个频率选择表面与接地板之间的距离，即可使谐振腔天线在两个频率不同的谐振模式工作[38][39]。很显然，多层频率选择表面反射板之间的间距太大，不能实现腔体剖面低的目标。2006年，D.H.Lee使用印刷Dipole形贴片的双层频率选择表面作为天线的覆层，所得到的谐振腔天线能够实现双频工作特性。XieP等人设计出一种对不同极化波具有不同反射相位的反射超表面，并以此表面作为接地板，可实现在8.35-8.56GHz和9.5-10.1GHz两个频段内工作[40]。4.实现波束控制对Fabry-Perot谐振腔天线来说，要想实现波束的控制，具有一定的难度。但在一些实际的应用中，需要满足谐振腔天线也具有波束控制的功能。G.K.Palikara所设计出的谐振腔天线为圆柱形，馈源为放在腔体内部的半波偶极子。由于谐振腔腔体的影响，半波偶极子垂直平面波束的宽度被压缩，从而实现了宽波束的辐射特性[41]。Y.Hao等人提出了一种位于同一平面内的紧凑型电磁带隙(UniplanarCompactElectromagneticBandgap，UC-EBG)结构，用以构成Fabry-Perot谐振腔，然后将贴片天线从UC-PBG腔体中心移开，即可形成天线波束[42]。为了实现更好地调整天线的反射系数相位，A.Ourir采用一种特殊的异性材料作为Fabry-Perot谐振腔天线的部分反射表面，这种材料由感性和容性金属片交错构成，通过改变接地板上金属片之间的距离，引起反射系数相位的变化，实现了从20到+20范围内的波束扫描[43]。2008年，基于A.Ourir的研究，A.R.Weily增加了?
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星移动通信发展现状及展望[J]. 吕子平,梁鹏,陈正君,韩淼. 卫星应用. 2016(01)
[2]浅谈移动通信技术的现状与发展[J]. 王平. 科技创新导报. 2012(24)
[3]浅谈中国卫星移动通信的发展[J]. 董钢. 卫星与网络. 2010(04)
[4]采用介质PBG盖板Fabry-Perot谐振器的宽频带高增益印刷天线[J]. 葛志晨,章文勋,刘震国,顾莹莹. 电波科学学报. 2006(05)
硕士论文
[1]低剖面高增益Fabry-Perot谐振腔天线研究[D]. 韩雷.西安电子科技大学 2013
[2]Fabry-Perot谐振腔天线优化设计研究[D]. 叶倩.南京理工大学 2012
[3]抛物面天线反射面形变与应力分析[D]. 胡靖.国防科学技术大学 2007
本文编号：3286353
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