寬帶Fabry-Perot諧振腔天線及可重構(gòu)技術(shù)在其中的應(yīng)用.pdf

1、Fabry-Perot干涉儀于1899年由C. Fabry和A.Perot共同發(fā)明。它利用多光束干涉原理產(chǎn)生了半寬度很小的細(xì)銳條紋，具有極高的色分辨本領(lǐng)，能夠精確地測量和控制光的頻率和波長，因此被廣泛地應(yīng)用在光通信和光譜學(xué)領(lǐng)域。Fabry-Perot干涉儀的特性是當(dāng)入射光的頻率滿足共振條件，其透射頻譜會(huì)出現(xiàn)很高的峰值，對應(yīng)著很高的透射率。隨著激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， Fabry-Perot干涉儀有了新的表現(xiàn)形式——Fabry-Perot諧

2、振腔，并且它也成為激光器的重要組成部分。Fabry-Perot諧振腔天線由于具有低剖面、高增益、饋電結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，成功地替代了傳統(tǒng)的高增益天線，成為近些年微波與毫米波天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　Fabry-Perot諧振腔天線通常基于頻率選擇表面，通過在饋源天線上方的適當(dāng)位置放置一個(gè)具有部分反射特性的反射覆層，使之與天線地板形成一個(gè)諧振腔結(jié)構(gòu)。Fabry-Perot諧振腔天線克服了傳統(tǒng)微帶貼片天線增益低、效率低等缺點(diǎn)，無需通過構(gòu)建

3、陣列天線或加載復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)即可顯著地提高天線的增益。但由于頻率選擇表面以及諧振腔自身的結(jié)構(gòu)都具有窄帶特性，因此 Fabry-Perot諧振腔天線的阻抗帶寬和增益帶寬通常都比較窄，這在一定程度上限制了它在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。如果能夠拓展這類天線的阻抗和增益帶寬，將給其提供更為廣闊的應(yīng)用前景。
　　另一方面，由于可重構(gòu)天線具有功能多樣性的特點(diǎn)，不僅能滿足當(dāng)代通訊信道多變，高速率的要求，又能極大地降低通訊平臺(tái)上天線的數(shù)量，簡化電磁環(huán)境，因

4、此這類天線具有很重要的應(yīng)用價(jià)值。為了使天線同時(shí)滿足高增益和多功能的通信需求，可重構(gòu)概念也被引入 Fabry-Perot諧振腔天線的設(shè)計(jì)當(dāng)中。然而，由于天線的頻率特性和輻射特性是相互影響，緊密相聯(lián)的。在對天線的某一特性實(shí)現(xiàn)重構(gòu)的同時(shí)，往往會(huì)對天線的其它性能造成影響。此外，如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單并且對天線性能影響較小的直流偏置電路也是實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)天線過程中的難點(diǎn)。
　　基于此研究背景，本文以寬帶Fabry-Perot諧振腔天線和可重構(gòu)Fabr

5、y-Perot諧振腔天線為主要研究對象，首先介紹了 Fabry-Perot諧振腔天線的基本概念，并基于四種模型介紹并分析了 Fabry-Perot諧振腔天線的工作原理，總結(jié)歸納了諧振腔天線實(shí)現(xiàn)寬帶和實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的方法，并根據(jù)以上理論和方法對 Fabry-Perot諧振腔天線的寬頻帶技術(shù)和可重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和探討，最終提出、加工并測試了多種新型Fabry-Perot諧振腔天線，有效地解決了該天線領(lǐng)域中存在的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。

6、　　具體來講，本文的主要貢獻(xiàn)可以概括為以下四個(gè)部分：
　　1、作者提出了一種拓展Fabry-Perot諧振腔天線增益帶寬的新方法——在傳統(tǒng)的地板上加載金屬楔形結(jié)構(gòu)。這種方法通過改善諧振腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低諧振腔的品質(zhì)因數(shù)，補(bǔ)償了電磁波因反射路徑不同引起的相位差?；谝陨侠碚摲治觯岢隽艘环N新型寬帶 Fabry-Perot諧振腔天線，并對其進(jìn)行了仿真和實(shí)測，結(jié)果表明該天線可以在不影響其他性能（阻抗匹配、最高增益、輻射方向圖等）的同時(shí)顯

7、著地提高諧振腔天線的增益帶寬。最終設(shè)計(jì)天線的實(shí)測3dB增益帶寬為20.8％。
　　2、作者分析了三種具有正相位梯度特性的反射覆層單元。通過對其反射性能的比較，最終將一種具有雙層雙面印制正方形環(huán)結(jié)構(gòu)的反射覆層單元運(yùn)用在可以實(shí)現(xiàn)寬帶性能的Fabry-Perot諧振腔天線設(shè)計(jì)中，并給出了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對該反射覆層電磁特性的影響。結(jié)果表明，該天線也可以在不改變天線的阻抗匹配特性的同時(shí)，顯著地提高諧振腔的增益(17.4dBi)和增益帶寬(1

8、7.3％)。
　　3、作者結(jié)合改變饋電結(jié)構(gòu)和改變反射覆層的反射相位這兩種方法，提出了一種以相控陣天線作為饋源，可以實(shí)現(xiàn)離散波束掃描的方向圖可重構(gòu) Fabry-Perot諧振腔天線。通過加載基于可重構(gòu)缺陷微帶結(jié)構(gòu)的饋電網(wǎng)絡(luò)，諧振腔天線的波束可以在-10°，0°，10°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上引入可重構(gòu)反射覆層結(jié)構(gòu)，通過控制反射覆層上開關(guān)二極管的狀態(tài)，該天線的波束可以在±15?的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。相比其他文獻(xiàn)中提及的方向圖可重構(gòu)

9、 Fabry-Perot諧振腔天線，該設(shè)計(jì)饋電結(jié)構(gòu)簡單，不需引入其他阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且波束調(diào)節(jié)的范圍也更寬。
　　4、作者提出了一種新型可重構(gòu)饋電網(wǎng)絡(luò)，并將該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在短路環(huán)天線中，以此天線作為饋源激勵(lì) Fabry-Perot諧振腔，最終設(shè)計(jì)了一種具有寬帶性能的極化可重構(gòu)Fabry-Perot諧振腔天線。該天線最終可以在4.7GHz~5.36GHz(13.1％)的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線極化、左旋圓極化和右旋圓極化之間的切換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證