全金属Fabry-Perot谐振腔天线

为实现远距离微波无线能量传输,发射天线应具有耐受大功率、高增益、低损耗和结构简单等优点。针对以上需求,文章设计了一款全金属结构的Fabry-Perot谐振腔天线。整个天线包含全金属腔体,波导馈口和双层金属栅格覆盖层。覆盖层的尺寸为3λ_(0)×3λ_(0),λ_(0)为对应的工作波长。每一层金属栅格都包含9×9个单元。所设计的双层覆盖层可以看作是一种电磁带隙结构,通过优化双层金属栅格单元的厚度和间距,实现了工作频段的宽带化,仿真结果表明其在9.72GHz~10.3GHz之间实现了插入损耗小于3dB的宽频带传输特性。通过电磁带隙结构对馈源辐射出来的微波进行幅度和相位的修正实现增益的提高,仿真结果表明:不加载双层覆盖层时该天线的增益为9.7dBi,加上覆盖层之后增益提高到了17.76dBi。为了验证上述设计和仿真,加工制作了一款全金属结构Fabry-Perot谐振腔天线,实测结果表明:该谐振腔天线在10GHz实现了17.31dBi的高增益,同时在9.51GHz~11.42GHz之间获得了回波损耗大于10dB的阻抗带宽。

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。

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.

基于可重构PRS的一维电子波束转向Fabry-Perot天线设计

设计了一种具有一维电子波束转向的新型Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线。该天线由同轴探针馈电的方形微带贴片天线作为辐射源,并采用加载PIN二极管的可重构部分反射表面(Partially Reflective Surface,PRS)实现波束转向。所设计的可重构PRS由6×6个花瓣型单元组成,并均分为相等的两部分Part 1和Part 2,分别由两个控制信号独立控制,因此可以有选择地调节每部分PIN二极管的开关状态。所设计的天线具有三种不同的辐射模式。测量结果表明,天线主波束能够在+9°、0°、-9°三种离散状态下自由切换。所有状态下重叠的阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)为5.5%(5.43~5.74 GHz),最大增益达到14.2 dBi。

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.

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.

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。

基于FP腔准锥状波束天线研究

锥状波束天线在方位角上具有全向辐射方向图,在法线方向上具有凹口,由于通信传感面积大,广泛应用于无线通信、车载卫星通信等工程中。本文提出了一种基于Fabry-Perot谐振腔通过电控开关实现波束切换的准锥状波束天线。该天线以边缘8个超宽带天线和中心8个同轴进行馈电,通过FP腔提高天线增益,馈源从天线边缘和中心向FP腔馈电,利用电控开关和一分二功分器分别激励每组端口,每组端口在不同频率下于相同的方位角辐射波束,在3dB的交叉范围内,实现俯仰角7°~37°的波束切换覆盖。与传统的锥状波束天线相比,具有宽频带、高增益的特点,在通信系统中具有应用价值。

利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线实现约瑟夫森结阵列的自辐射

本文提出了一种利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线,同时集成偶极天线阵实现约瑟夫森结阵列自辐射的方法.在介质基片上制作集成偶极天线阵的双晶约瑟夫森结阵列,并将其嵌入到Fabry-Perot谐振腔内.将基片作为一介质谐振天线,使其与Fabry-Perot谐振腔谐振在同一频率下,从而通过高频电磁耦合机制实现结之间以及结与外部微波电路之间的耦合.文中分别进行了数值仿真和实验研究.对一个包含166个双晶约瑟夫森结的结阵列进行了液氮温度时的测试,在片外(off-chip)检测到了75.2GHz,10pW的辐射信号,与仿真结果吻合.该方法为基于约瑟夫森效应的太赫兹(THz)源提供了一种可能.