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宽带Fabry-Perot谐振腔天线设计

发布时间:2018-06-29 11:23

  本文选题:谐振腔天线 + 宽带 ; 参考:《西安电子科技大学》2015年硕士论文


【摘要】:近年来,现代雷达、电子对抗和无线通信对天线的定向性能提出了越来越高的要求。谐振腔天线因其结构简单、易于加工、成本低和增益高等优点受到广泛关注。本文基于Fabry-Perot干涉理论对传统的Fabry-Perot谐振腔天线进行理论分析,以展宽谐振腔天线的增益带宽为目标,对宽带Fabry-Perot谐振腔天线的设计进行深入的研究。最终取得以下成果:1.设计了一个反射相位曲线斜率为正的部分反射表面(PRS),其上下表面均印刷周期性圆形金属贴片,但上下表面的圆形贴片半径不同,将该部分反射表面加载在微带贴片天线上方组合而成的谐振腔天线具有高增益和宽带工作特性。实测结果表明,该天线的反射系数-10dB带宽为1.46GHz(12GHz-13.46GHz),谐振频率为12.8GHz,相对带宽为11.4%。仿真结果表明,该天线在13.1GHz处获得最大增益19.7dBi,-3dB增益带宽为0.94GHz(12.28GHz-13.22GHz),相对带宽为7.3%。2.为了进一步提高谐振腔天线的工作带宽和改善其辐射方向图,同样设计了一个反射相位曲线斜率为正的部分反射表面,其上下表面均印刷周期性正方形金属贴片,但上下表面的正方形金属贴片边长不同,将该部分反射表面加载在微带贴片天线上方组合而成的谐振腔天线具有高增益和宽带工作特性。实测结果表明,该天线反射系数-10dB带宽为2.7GHz(11.25GHz-13.95GHz),谐振频率为12.25GHz,相对带宽为22%。仿真结果表明,该天线在11.9GHz处获得最大增益21.1dBi,-3dB增益带宽为1GHz(11.5GHz-12.5GHz),相对带宽为8.3%。3.设计了一个反射相位曲线斜率为正的部分反射表面,其上下表面均为周期性矩形金属贴片,通过适当调节矩形金属贴片的尺寸后,将该部分反射表面加载在微带贴片天线上方组合而成的谐振腔天线具有双频双极化宽带工作特性。实测结果表明,X极化方向上工作的天线反射系数的-10dB带宽为1.76GHz(9.7GHz-11.48GHz),相对带宽为17%,Y极化方向上工作的天线反射系数的-10dB带宽为0.8GHz(9.3GHz-10.1GHz),相对带宽为7.36%。仿真结果表明,X极化方向工作的天线仿真最高增益为15.5dBi,其-3dB的增益带宽为1GHz(9.8GHz-10.8GHz),相对带宽为9.7%,Y极化方向工作的天线仿真最高增益为19.6dBi,其-3d B增益带宽为0.6GHz(9.5GHz-10.1GHz),相对带宽为5.12%。
[Abstract]:In recent years, modern radar, electronic countermeasures and wireless communications have put forward higher and higher requirements for antenna directional performance. Resonator antenna has attracted much attention because of its simple structure, easy processing, low cost and high gain. Based on Fabry-Perot interference theory, the traditional Fabry-Perot resonator antenna is theoretically analyzed in this paper. The design of broadband Fabry-Perot resonator antenna is studied with the aim of broadening the gain bandwidth of the resonator antenna. In the end, the following results were achieved: 1. A partial reflective surface (PRS) with a positive slope of the reflective phase curve is designed, in which periodic circular metal patches are printed on the upper and lower surfaces, but the radius of the circular patches on the upper and lower surfaces is different. The resonant cavity antenna, which is composed of the partially reflected surface and the microstrip patch antenna, has high gain and wide band operation characteristics. The measured results show that the reflection coefficient -10dB bandwidth is 1.46GHz (12GHz-13.46GHz), the resonant frequency is 12.8GHz, and the relative bandwidth is 11.4GHz. The simulation results show that the maximum gain of the antenna is 19.7dBi-3dB at 13.1GHz, and the gain bandwidth is 0.94GHz (12.28GHz-13.22GHz), and the relative bandwidth is 7.3and 2.2. In order to further improve the working bandwidth of the resonator antenna and improve its radiation pattern, a partially reflected surface with a positive slope of the reflected phase curve is also designed, with periodic square metal patches printed on the upper and lower surfaces. However, the side length of the square metal patch on the upper and lower surfaces is different. The resonant cavity antenna which is composed by loading the reflecting surface over the microstrip patch antenna has the characteristics of high gain and wide band operation. The measured results show that the reflection coefficient -10dB bandwidth is 2.7GHz (11.25GHz-13.95GHz), the resonant frequency is 12.25GHz, and the relative bandwidth is 22GHz. The simulation results show that the maximum gain of the antenna is 21.1dBi-3dB at 11.9 GHz and the relative bandwidth is 8.3GHz (11.5GHz-12.5GHz). A partially reflected surface with a positive slope of the reflection phase curve is designed. The upper and lower surfaces are periodic rectangular metal patches. After adjusting the size of the rectangular metal patches properly, The resonant cavity antenna, which is composed of the partially reflected surface and the microstrip patch antenna, has the characteristics of dual-frequency dual-polarization broadband operation. The measured results show that the reflection coefficient of the antenna operating in the X polarization direction has a -10 dB bandwidth of 1.76 GHz (9.7 GHz ~ 11.48 GHz), a reflection coefficient of -10 dB bandwidth of 0.8 GHz (9.3 GHz ~ 10.1 GHz) and a relative bandwidth of 7.36 GHz. The simulation results show that the maximum gain of antenna operating in X polarization direction is 15.5dBi. its gain bandwidth of -3dB is 1GHz (9.8GHz-10.8GHz), the maximum gain of antenna operating in polarization direction is 19.6dBi. the gain bandwidth of -3dB is 0.6GHz (9.5GHz-10.1GHz) and the relative bandwidth is 5.12.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN822

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本文编号:2081954

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