高增益Fabry-Perot谐振腔锥状波束天线

锥状波束天线是一种方向图最大增益方向与天线法线呈一定角度,围绕法线轴向对称的天线,广泛应用于车载卫星通信、射电天文等工程中。本文提出了一种基于Fabry-Perot谐振腔的高增益锥状波束天线。将漏波理论和EBG天线理论相结合,设计了一种具有牛眼缝隙FSS覆盖层的腔结构,该结构在特定的缺陷频率下谐振。通过使用径向波导180°E形弯头的结构设计,中间放置馈电探针,馈电后激励起径向波导的TEM模式控制孔径分布,以实现期望的增益和旁瓣水平。通过优化设计,使得该锥状波束天线在中心频率12.5GHz时,产生仰角30°的锥状波束,阻抗带宽为2.2%,天线增益14.3dBi。

嵌入Fabry-Perot谐振腔的Tl-2212双晶约瑟夫森结的特性

采用嵌入Fabry-Perot谐振腔的方式,测量并研究Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)高温超导薄膜双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性。通过精细调节谐振腔的各种参数,可使双晶约瑟夫森结与外加毫米波达到最佳耦合,在最佳耦合情况下,能观察到5级明显的夏皮罗台阶。初步测量了由667个双晶约瑟夫森结组成的串联结阵列的毫米波辐射特性,得到中心频率为78.7 GHz,大约6 pW的辐射功率。

带内低RCS的高增益宽带Fabry-Perot谐振腔天线

本文提出一种具有带内低RCS的高增益宽带Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线。利用类球形地的开放谐振腔,在谐振基础上激发高次模谐振来扩展F-P天线的宽带。利用尺寸可灵活独立调节的多层PRS单元,针对主极化辐射对天线高次模下辐射的表面电场相位进行调整,以降低方向图旁瓣电平;针对交叉极化散射,能实现约180°的反射相差,然后通过棋盘式布阵来实现带内交叉极化的单站RCS缩减。最终,设计并仿真了整体天线,得到3dB实际增益带宽为33.66-38.69GHz(13.9%),最大增益为24dBi,在33.66-37GHz(9.4%)内的旁瓣电平低于-8dB。在33.6-39.2GHz带宽内,主极化入射时天线具有较低的单站RCS;而对于交叉极化入射,天线单站RCS相较于地板降低了8dB以上。

Josephson结阵列与Fabry-Perot谐振腔的耦合

通过对Fabry-Perot谐振腔与嵌入其中的串联双晶Josephson结阵列的耦合特性的仿真研究,分析了影响耦合效率的重要因素,并找出了它们对谐振腔的谐振频率和结阵列中各结上感应电流及其一致性的影响,最终通过合理优化,在串联结阵列上得到了高幅值的均匀的感应电流。这对于实际中利用串联Josephson结阵列,在实现相位同步的情况下,观测高频微波辐照下的Shapiro台阶有指导意义。

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)<-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.

8mm波段Fabry-Perot谐振腔及其在约瑟夫森结特性测量中的应用

通过三维电磁仿真技术设计并制作了8mm波段Fabry-Perot谐振腔,并建立起一套Fabry-Perot谐振腔高温超导约瑟夫森结特性测试系统.用它测量了Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)高温超导薄膜双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性,得到高质量的夏皮罗台阶,并与在U形波导测试系统中测得的结果进行了比较,发现利用Fabry-Perot谐振腔测量技术可显著提高外加电磁场与约瑟夫森结的耦合效率,为进一步研究毫米/亚毫米波信号检测、THz波信号源等研究打下坚实的基础.

双波段共享孔径天线Fabry-Perot谐振腔的设计

通过对频率选择表面的分析,提出一种用于设计部分反射表面(PRS)的方法.该方法可使所设计PRS结构的反射相位在设计频率处产生跃变,并使PRS结构与金属地面构成的Fabry-Perot谐振腔在该PRS谐振频率两端产生两个新的谐振频率,从而实现双波段共享孔径Fabry-Perot谐振天线.设计实例的测试结果表明:当工作频率为11.5,13.2GHz时,其峰值增益分别为16.2,15.98dBi,工作带宽分别为5.5%,3.2%.

一种基于FSR的法布里-珀罗谐振腔天线设计

基于频率选择性吸波器(FSR)和法布里-珀罗(F-P)谐振腔的基本原理,提出了一种具有增益增强效果和低雷达散射截面(RCS)的天线。首先,通过2层介质谐振器的模式叠加,设计了一款宽带介质谐振天线(DRA)作为F-P谐振腔的馈源。然后基于等效电路模型(ECM)设计了一款X波段透波,S和Ku波段吸波的FSR作为F-P谐振腔的部分反射表面。最后利用FSR的反射特性,在其与DRA的地面之间形成一个准法布里-珀罗谐振腔。仿真和测量结果表明,天线具有带内的增益增强和带外的低RCS性能。

高增益高效率的Fabry-Perot谐振腔天线研究

提出了一种采用非均匀频率选择表面(frequency selective surface, FSS)盖板以及非均匀电磁带隙(electromagnetic band gap, EBG)结构反射地板的高增益Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线.基于漏波理论模型,针对大口径F-P谐振腔天线设计非均匀的FSS盖板和EBG反射地板,控制衰减常数α和相位常数β,改善了口径场上幅度相位分布的均匀性,并抑制了非谐振频率时天线辐射性能的恶化,实现高增益和高口径效率的同时,保证了天线的工作带宽.所提出的圆形F-P谐振腔天线直径为6.6λ0,仿真增益为24.6 dBi,口径效率达67.9%,阻抗带宽为4.1%,3 dB增益带宽为3.7%;实测增益为23.9 dBi,口径效率达56.9%.由于对口径场均匀性的设计,该天线克服了传统F-P谐振腔天线的口径效率和增益间的相互限制.

基于非均匀设计的高口径效率Fabry-Perot谐振腔天线

Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线通常易实现高增益,但由于口径场非均匀的电磁场分布,使得其在大口径尺寸下的口径效率较低。本文设计了一种新型的F-P谐振腔天线,该天线采用非均匀特异媒质覆盖层实现口径场等幅分布,并通过非均匀特异媒质反射地实现口径场同相分布,从而提升F-P谐振腔天线在大口径尺寸下的口径效率。基于射线追踪法,推导了非均匀覆盖层和非均匀反射地的设计公式。本文设计、加工并测试了一款口径尺寸为5.18λ(λ为自由空间波长)的圆形F-P谐振腔天线。仿真和测试结果吻合良好,|S11|<-10 d B的阻抗带宽为4.14%(5.740~5.980 GHz);在工作频点5.8 GHz处,该新型F-P谐振腔天线的增益为23.8 d Bi,与传统F-P谐振腔天线相比,其口径效率从78.9%提高到90.5%。

加载部分均匀覆盖层的Fabry-Perot谐振腔天线设计

本文采用了部分均匀覆盖层,设计了一款新型的高增益Fabry-Perot谐振腔天线.该天线覆盖层采用部分均匀结构,划分为3×3个区域,不同区域内贴片的尺寸不尽相同.每个区域内包含5×5个矩形贴片,单元尺寸一致.由于各区域的贴片尺寸不同,使得部分反射层不同区域内的反射系数和透射系数也不同,从而改善了天线口径面上的幅度和相位的均匀度.仿真结果表明,天线的阻抗带宽(|S11|<-10 dB)为3.77%(5.72~5.94 GHz).在工作频率5.8 GHz处,天线的主交叉极化相差30 dB以上,增益达到19.9 dBi.

基于人工磁导体表面的低剖面Fabry-Perot谐振腔天线设计

该文基于人工磁导体表面(Artificial Magnetic Conductor,AMC)设计了一款工作在7 GHz的新型低剖面Fabry-Perot谐振腔天线.该天线采用带金属接地板的矩形微带贴片天线作为初级馈源,由同轴探针进行馈电.以单层双面印制AMC表面作为天线的部分反射层,所设计AMC表面共包含8×8个均匀阵列单元,单元上层为带有方环的方形贴片,下层为菱形贴片.通过分析不同结构参数对AMC散射特性的影响,确定AMC反射相位为-25°,使得腔体的剖面高度降低至约9.2 mm(0.215λ,λ为7 GHz自由空间波长).制作了天线实物并进行测量,结果表明,天线阻抗带宽(S11<-10 dB)为14%(7 GHz~8.5 GHz),增益达到13.8 dBi,旁瓣水平低至-21.3 dB,表明该天线在保证低剖面同时仍具有良好的辐射性能.

宽带介质覆层Fabry-Perot谐振腔天线设计

结合传输线理论和史密斯圆图分析,文中提出了一种利用全介质部分反射覆层构造宽带Fabry-Perot谐振腔天线的方法。所设计的覆层结构在工作频带内拥有正斜率的反射相频特性,可满足谐振腔天线的宽带谐振条件。运用该方法设计了工作于Ku频段的宽带Fabry-Perot谐振腔天线,通过仿真计算和样件加工测试验证了该方法的正确性和有效性。

加载分形EBG地的低剖面Fabry-Perot谐振腔天线设计

本文设计了一种新型的高增益低剖面Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线.该谐振腔天线通过在下层地平面加载电磁带隙结构(Electromagnetic Band-Gap,EBG)改变接地板反射相位,采用Minkowski分形结构来设计EBG单元,使得接地板反射相位分布更为均匀,从而降低了天线的剖面高度.覆盖层采用人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)均匀贴片阵列,电磁波在口径面上实现同向叠加,天线获得高增益定向特性.辐射源采用传统的矩形微带贴片,结构简单.仿真结果表明,天线的剖面高度降低为λ/4(λ为5.8 GHz自由空间波长),阻抗带宽(|S11|<-10 dB)为3.1%(5.78 GHz~5.96 GHz).在工作频率5.8 GHz处,天线增益达到17 dBi.

Fabry-Perot谐振天线研究综述

Fabry-Perot谐振天线自提出以来,在微波和毫米波频段得到了广泛的应用,引起了国内外许多学者地重视,并取得了一些研究成果,已逐步成为国际上一个比较新的研究热点。文中对Fabry-Perot谐振天线的结构、理论分析模型、研究动态等有关问题进行了比较详实的分析和综述,指出了几种理论分析模型在分析此类谐振天线时的一致性,提出了Fabry-Perot谐振天线可以看作是EBG谐振天线的一个特例。同时对目前此类天线的主要研究方向进行了归纳与总结,并指出了有待研究的方向。

基于微滴腐蚀微纳光纤Farby-Perot谐振腔的折射率传感特性

为实现高精度和高灵敏度的折射率测量,采用微米级氢氟酸液滴化学腐蚀的方法制作非对称的微纳光纤Fabry-Perot(FP)谐振腔,具有波导尺寸小、损耗低、双折射率高和腔Q值高等优点.不同正交偏振方向的谐振模式对外界折射率变化具有不同的响应,沿光纤快轴和慢轴方向的模式折射率灵敏度分别为133.8 nm/RIU、117.1 nm/RIU,快慢轴方向的温度灵敏度均为0.012 nm/℃,通过光谱仪监测两束偏振光的波长差可实现温度独立的折射率测量。采用不同FP腔参数的光纤传感器进行实验研究,结果表明光纤FP传感器腔直径越小,腐蚀占腔长比越高,其折射率灵敏度越高。

采用介质PBG盖板Fabry-Perot谐振器的宽频带高增益印刷天线

研究了采用介质盖板组成的Fabry-Perot(F-P)谐振器结构的宽频带高增益平面印刷天线。比较了不同结构参数对天线性能的影响,并在此基础上通过引入二维光子带隙(PBG)结构,提出了两种既能提高增益、又能减小背向辐射的新型结构。通过软件仿真计算和实验,都验证了这两种结构的天线具有较好的实际应用性能。

双频低剖面Fabry-Perot天线的研究与设计

本文提出了一种基于超表面(MTS)的Fabry-Perot天线,实现了双频高增益情况下的低剖面特性。研究Fabry-Perot天线的谐振器模型,通过射线追踪法获得FP天线谐振时的相位条件。所研究的天线由两部分组成,双频微带天线作为馈源,提供2.4GHz和5.4GHz的辐射。MTS作为部分反射表面(PRS)调节反射幅度和相位,当PRS满足对应的谐振条件时,可以在2.4GHz提供11.8dB的峰值增益和0.068λ的剖面高度,在5.4GHz提供14dB的峰值增益和0.153λ的剖面高度。

初级馈源位置对Fabry-Perot谐振天线性能的影响

通过平面波叠加法,分析了初级馈源位置对PEC和PMC作为接地板的2类Fabry-Perot谐振天线的最大方向性系数及其带宽的影响。分析表明初级馈源位置在满足特定条件取值时,Fabry-Perot谐振天线将获得最大的定向性,但其定向性带宽并不随馈源位置有明显改变。同时,首先指出定向性与其带宽的乘积仅是Fabry-Perot谐振天线的反射盖板其反射系数模的函数,并随着反射系数模的增加而趋于某一定值。最后进行了仿真验证,仿真结果与理论计算具有很好的一致性,对Fabry-Perot谐振天线的设计具有很好的理论指导意义。

基于Fabry-Perot腔的光学真空测量技术研究

基于从头计算理论,对氩气摩尔极化率、摩尔磁化率和维里系数等物理参数进行计算,结合维里状态方程和Lorentz-Lorenz方程建立了气体压力关于折射率的理论参数模型.利用基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置,通过精确测量Fabry-Perot腔内激光的谐振频率变化,获得气体折射率和气体压力,在10^(5) Pa时,折射率相对测量不确定度为1.8×10^(-11),气体压力相对不确定度为4.4×10^(-6).对比分析基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置与电容薄膜真空计获得的测量压力,结果表明基于Fabry-Perot腔的光学真空测量方法具有较高的稳定性和准确性.