法布里天线及其组阵研究

发布时间：2020-06-01 00:01

【摘要】：随着各种不同应用场景的出现,天线作为通信技术中的重要部件,越来越多样化。宽带、高增益已经成为必然的发展趋势。相比传统的高增益天线,Fabry-Perot谐振腔天线增益高、结构简单,成为近几年的研究热点,但是它的增益带宽与阻抗带宽较窄。此类天线由馈源天线和反射面组成,一般是以电磁新材料和介质板为覆层来构造反射面来提高增益。以此为背景,本文设计了基于介质板的Fabry-Perot谐振腔天线,并将介质通孔与介质板相结合获得了渐变介电常数分布,最终实现了更高的增益。除此之外,进行了相关实验,验证了该设计的可行性。论文围绕Fabry-Perot谐振腔天线理论展开研究,主要内容包括:(1)借助SIW移相器,研究了介质通孔对介电常数的影响,总结出介质通孔的半径、数目以及、方向间距的变化引起的相位差的变化,从而得到了这几个变量和介电常数之间的关系,并将其应用到单元天线的设计中。(2)Fabry-Perot谐振腔单元天线:设计了以缝隙耦合贴片天线为馈源,厚度1.2mm的FR4为空气腔,厚度1.27mm的Rogers 3210和1.016mm的Rogers RO4003C为介质覆层的单元天线,该单元工作频段在27.5-29.5GHz。并给出了包含介质通孔覆层和无介质通孔覆层的单元天线近场处的电场分布图,加载寄生贴片后的缝隙耦合贴片天线作馈源将相对阻抗带宽提高到了11.12%,天线增益约为11.67dB。最后加工了实物,对仿真和测试结果进行了对比。(3)Fabry-Perot谐振腔天线阵列:设计了一分四的馈电网络,功分器拐角处的圆弧形设计减少了阻抗不连续性,对于驻波的改善有很大作用。阵列天线是由4个单元构成的直线阵,阵元间距0.95_0,天线的副瓣小于-10dB,增益约为16.03dB。(4)设计了两种可以实现波束偏转的单元,分别是基于圆形介质覆层的单元和基于正方形覆层的单元。前者通过介质通孔的不均匀分布可以实现小角度的波束偏转,E面和H面的偏转角度分别为6°、2°。后者通过偏置加载在馈源上方的正方形介质覆层可以实现大角度的偏转,偏移量越大,偏转角度越大;将天线覆层偏移1mm、2mm、-1mm、-2mm,波束偏转角度分别是8°、14°、-12°、-22°。最后用基于正方形介质覆层的单元组阵,同样通过偏置介质覆层实现了小角度的波束偏转。
【图文】：

4层采用 FR4，该天线相对于别的天线来说，增益较高而且其比较容易加工。图1.3 采用楔形结构的 Fabry-Perot 谐振腔天线图1.4 低剖面 Fabry-Perot 谐振腔天线总而言之，Fabry-Perot 谐天线覆层一般利用印刷 FSS 结构来获得部分反射特性，从而实现天线谐振，但是资料中很少有针对其谐振机理定量剖析，这就导致在设计天线时没有详细的原理可以参考，，为天线设计带来很多不确定因素。文献[19]中设计了利用共面波导馈电，分别加载另种不同结构的 FSS 覆层，两种不同结构的覆层虽然提高了天线增益，也获得了较宽的阻抗带宽，但是文中并没有对 3dB 增益带宽做过多描述。除此之外

层采用 FR4，该天线相对于别的天线来说，增益较高而且其比较容易加工。图1.3 采用楔形结构的 Fabry-Perot 谐振腔天线图1.4 低剖面 Fabry-Perot 谐振腔天线总而言之，Fabry-Perot 谐天线覆层一般利用印刷 FSS 结构来获得部分反射特性，从而实现天线谐振，但是资料中很少有针对其谐振机理定量剖析，这就导致在设计天线时没有详细的原理可以参考，为天线设计带来很多不确定因素。文献[19]中设计了利用共面波导馈电，分别加载另种不同结构的 FSS 覆层，两种不同结构的覆层虽然提高了天线增益，也获得了较宽的阻抗带宽，但是文中并没有对 3dB 增益带宽做过多描述。除此之外
【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】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 王泽美,潘雪明,鄢泽洪,张小苗;一种H形槽耦合的Ku波段宽频带微带天线[J];雷达科学与技术;2005年05期

2 董玉良 ,田步宁 ,纪奕才;宽频带双层微带天线研究[J];微波学报;2002年01期

相关博士学位论文 前1条

1 王乃志;宽带高增益Fabry-Perot谐振腔天线研究[D];西北工业大学;2014年

本文编号：2690651