[发明专利]二维波束偏转Fabry-Perot谐振腔天线

说明书

本发明公开一种二维波束偏转法布里‑珀罗谐振腔天线，包括反射覆层、介质基板、超表面结构、介质基板、反射结构、介质基板、馈电结构以及支撑柱。反射覆层由二维方向上渐变排布的反射单元组成。超表面结构由多个矩形贴片组成。反射结构为一个蚀刻有缝隙的金属地板。馈电结构为微带馈电结构。支撑柱由四个尼龙柱组成。本发明利用近300°相位梯度变化的反射单元，并通过单元结构的二维排布，在工作频段内实现了大角度二维波束偏转。使得该天线在天线安装空间受到限制时，天线主波束方向无法调节导致的波束指向性情况。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及电磁场与微波技术领域中的一种二维波束偏转法布里-珀罗F-P，Fabry-Perot谐振腔天线。本发明实现了一种大角度二维波束偏转的法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线，该天线可用于在天线安装空间受到限制时，天线主波束方向无法调节导致的波束指向性情况。

背景技术

随着无线通讯技术的发展，天线的性能要求不仅局限于小型化、高增益、宽频带还需要满足天线在共形情况下的波束指向性问题。传统高增益波束控制天线通常体积较大、馈电网络复杂，而法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线结构可以通过较为简单的结构实现高增益波束控制。所以法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线是对于现有高增益波束控制天线弊端一个较好的解决方案。通常，法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线实现大角度波束偏转主要有以下方法：

Andre de Lustrac在其发表的论文“High BeamSteering in Fabry-PerotLeaky-Wave Antennas”(IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2013)中提出一种波束偏转法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线。该法布里-珀罗(F-P)谐振腔天线是利用简单贴片天线进行馈电且利用上下表面印刷金属覆层的单层介质基板作为部分反射表面PRS(Partially Reflective Surface)。介质基板下表面金属覆层为沿y方向蚀刻缝隙的金属表面，可以等效看作为电容。介质基板上表面金属覆层为沿x方向印刷的大小渐变金属条带，可以等效看作为电感。该天线通过金属条带大小渐变情况进行规划实现反射相位变化，使得天线波束在一维方向偏转。而通过在电尺寸大小为5.7λ×5.7λ的介质基板进行相位调节使得相位可以获得更大的变换空间，所以可以得到更大角度的波束偏转。该天线通过对反射覆层相位的合理规划并利用仿真软件CST Studio Suite进行仿真，发现天线波束偏转情况呈现以下变化：1.相位变化为84°时，实现频率在9.5GHz存在36°的偏转角度。2.部分恒定相位后进行相位变化84°时，实现频率在9.55GHz存在56°的偏转角度。3.首尾两段恒定相位且相位变化先为+84°后变化-84°时，实现频率在9.7GHz存在59°的偏转角度。但是，该天线结构仍然存在的不足之处有两点，第一，该天线为了得到更大角度的波束偏转，所选取电尺寸较大，不仅增加了天线自身的重量，并且较大的电尺寸使得天线安装后自身存在不稳定性。第二，从该论文中所描述的仿真结果显示，该天线只在单个频点实现大角度的波束偏转，带宽较窄从而影响工作频带。第三，该天线反射覆层结构无法实现其他方式的排布，对于波束偏转方向有所限制。