基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于正六边形单元的宽带高增益法布里‑珀罗谐振腔天线，其包括上层中下三层介质基板(2，4，7)，且通过低介电常数尼龙框(9)固定为一体。该上层介质基板的上下分别为上反射表面(1)和下反射表面(3)，三者形成部分反射表面结构；该中间层介质基板的下表面为寄生贴片(5)，两者形成辐射体；该底层介质基板的上表面为金属地板(6)，下表面为渐变型微带馈线(8)，三者形成馈源，该部分上下反射表面(1，3)均采用周期性排列的正六边形单元，这些单元沿着正六边形三条相邻边的中垂线方向排列；金属地板上刻有两条用于拓宽阻抗带宽的矩形缝隙。本发明专利技术拓宽了天线的带宽，提高了增益，可用于卫星通信以及雷达系统。

【技术实现步骤摘要】
基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线
本专利技术属于天线
，更进一步涉及一种法布里-珀罗谐振腔天线，可用于卫星通信以及雷达系统。
技术介绍
随着现代雷达、电子对抗、当前以及下一代通信技术的迅猛发展，天线作为这些电子系统的重要系统之一，对其性能的要求也在不断提高。相比于传统高增益天线而言，法布里–珀罗谐振腔天线在高增益、高效率、低剖面、结构简单、无需复杂馈电网络，易于制造并且装配简单等方面具有明显优势，已成为国内外的研究热点之一。法布里-珀罗谐振腔天线拥有较为简单的准平面结构，其加工、维护的难度和成本低于反射面、波导喇叭等传统高增益的天线，在达到相同增益时，较高的口径效率和较低的剖面高度又可使其体积远小于此类传统的高增益天线。因此通常采用法布里–珀罗谐振腔来提高天线的增益性能。现有的法布里–珀罗谐振腔天线由馈源、金属地板和部分反射表面三部分组成。部分反射表面与地板由于存在空气带隙会形成一个谐振腔，并当两者之间的距离满足谐振条件所要求的值时，从馈源天线辐射出去的电磁波会一部分通过部分反射表面向外透射，另一部分则继续在谐振腔内反射，而经过多次反射的电磁波则会在部分反射表面外表面上实现同相位叠加，从而提高馈源天线的增益。但由于法布里–珀罗谐振腔天线仍属于一种谐振腔结构，其3dB增益带宽和阻抗带宽都比较窄，因此如何拓宽其带宽也是对设计者的一种挑战。为了解决上述增益带宽窄的问题，研究人员提出不少解决方法。例如M.A.Meriche,H.Attia,A.Messai,S.S.I.MituandT.A.Denidni在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,vol.18,no.9,pp.1771-1774,Sept.2019期刊上发表的论文″DirectiveWidebandCavityAntennaWithSingle-LayerMeta-Superstrate″中提出了一款工作在12-15GHz频段内的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线。其馈源采用缝隙天线，且在介质基板两侧分别蚀刻正方形贴片与正方形环作为部分反射表面，以产生一个正斜率的相位梯度，提高天线的增益带宽。但这种采用正方形单元与缝隙馈源的法布里-珀罗谐振腔天线，其3dB增益带宽仍然较窄，实验表明，该天线在工作频率范围内只有18.7％可达到3dB的增益带宽，且峰值增益为13.78dBi。所以若想进一步提高天线的3dB增益带宽，则需对馈电结构和部分反射表面做出进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线，以提高法布里-珀罗谐振腔天线的增益带宽。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：1.一种基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线，包括上层介质基板2、中间层介质基板4、底层介质基板7和支撑件9，这三个基板自下而上通过支撑件9固定为一体；该上层介质基板2的上面为部分上反射表面1，下部为部分下反射表面3，三者形成部分反射表面结构；该中间层介质基板4的下表面为寄生贴片5，两者形成辐射体结构；该底层介质基板7的上表面为金属地板6，下表面为渐变型微带馈线8，三者形成馈源结构，其特征在于：所述部分上反射表面1和部分下反射表面3，其均采用周期性排列的正六边形单元，这些单元沿着正六边形三条相邻边的中垂线方向排列；所述支撑件9，采用低介电常数尼龙框，以在部分下反射表面3与金属地板6之间形成法布里-珀罗谐振腔，并在寄生贴片5与金属地板6之间形成空气带隙，以抑制天线表面波激励；所述金属地板6，其上蚀刻有两条矩形缝隙61和62，以拓宽天线的阻抗带宽。作为优选，所述部分上反射表面1的正六边形单元，其为正六边形贴片；作为优选，所述部分下反射表面3的正六边形单元，其为正六边形孔径和孔径内六脚分支的组合；作为优选，所述上、下反射表面的正六边形单元的排列周期P为6mm-9mm。作为优选，所述部分上反射表面1中正六边形贴片单元的长L1为5mm-7mm；作为优选，部分下反射表面3中正六边形孔径的外径边长L2为5mm-7mm，正六边形孔径的内径，边长L3为4mm-6mm，六脚分支的边长L4为5mm-7mm，六脚分支的宽W为0.5mm-3.5mm。作为优选，所述低介电常数尼龙框9，包括方形外部框架91和方形内框架92，该外部框架分为上下两层911和912，通过四个支撑柱93固定，且下层框912仅有三条边，方形内框架92固定在下层框912的中间，上层介质基板2通过镶嵌的方式固定在外部框架的上层框架911内，底层介质基板7通过支撑柱93上的两个槽口插入到外部框架的下层912，中间层介质基板4镶嵌的方式固定在方形内框架92中。作为优选，所述方形外部框架的上下两层911和912被支撑柱93隔开形成法布里-珀罗谐振腔，该谐振腔体高度H为10mm-30mm，内部框架92与方形外部框架的下层912之间存在空气带隙，该带隙高度H0为1mm-5mm。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：第一，本专利技术由于在同类型宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线中，首次采用周期性排列的正六边形单元，该单元沿着正六边形三条相邻边的中垂线方向排列，较之传统正方形单元与圆形单元多了一个排列方向，因此单元之间的排列更为紧凑，耦合更强，其在更宽的频率范围内获得了正相位梯度；第二，本专利技术由于采用双缝隙耦合贴片的馈电方式，避免了寄生贴片与馈线的接触，相较于传统的缝隙馈电，本专利技术的寄生贴片与馈线之间由于存在空气带隙，因此可以很好地抑表面波激励，从而有利于提高天线的阻抗带宽，并改善天线的辐射方向图；第三，本专利技术由于采用低介电常数尼龙框，与传统的尼龙柱相比，不需要在介质基板上打孔，因此使天线的完整性得到保护，这不仅稳定了天线的性能，而且提高了天线的实际使用性；附图说明图1为本专利技术实施例的整体结构示意图；图2为图1的分层结构示意图；图3为图1中的低介电常数尼龙框示意图；图4为图2中的部分上反射表面结构示意图；图5为图2中的部分下反射表面结构示意图；图6为图2中的本寄生贴片结构示意图；图7为图2中的金属地板及金属地板上缝隙的结构示意图；图8为图2中的渐变型馈线结构示意图；图9为本专利技术实施例中的法布里-珀罗谐振腔的馈源结构示意图；图10为本专利技术实施例中的各层介质基板间高度示意图；图11为本专利技术实施例中的回波损耗特性曲线图；图12为本专利技术实施例中在xoz面和yoz面的辐射方向图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例和效果作进一步详细描述。参照图1、图2和图3：本实例的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线，包括部分上反射表面1、上层介质基板2、部分下反射表面3、中间层介质基板4、寄生贴片5、金属地板6、底层介质基板7、微带馈线8、低介电常数尼龙框9，其中：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线，包括上层介质基板(2)、中间层介质基板(4)、底层介质基板(7)和支撑件(9)，这三个基板自下而上通过支撑件(9)固定为一体；该上层介质基板(2)的上面为部分上反射表面(1)，下部为部分下反射表面(3)，三者形成部分反射表面结构；该中间层介质基板(4)的下表面为寄生贴片(5)，两者形成辐射体结构；该底层介质基板(7)的上表面为金属地板(6)，下表面为渐变型微带馈线(8)，三者形成馈源结构，其特征在于：/n所述部分上反射表面(1)和部分下反射表面(3)，其均采用周期性排列的正六边形单元，这些单元沿着正六边形三条相邻边的中垂线方向排列；/n所述支撑件(9)，采用低介电常数尼龙框，以在部分下反射表面(3)与金属地板(6)之间形成法布里-珀罗谐振腔，并在寄生贴片(5)与金属地板(6)之间形成空气带隙，以抑制天线表面波激励；/n所述金属地板(6)，其上蚀刻有两条矩形缝隙(61)和(62)，以拓宽天线的阻抗带宽。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于正六边形单元的宽带高增益法布里-珀罗谐振腔天线，包括上层介质基板(2)、中间层介质基板(4)、底层介质基板(7)和支撑件(9)，这三个基板自下而上通过支撑件(9)固定为一体；该上层介质基板(2)的上面为部分上反射表面(1)，下部为部分下反射表面(3)，三者形成部分反射表面结构；该中间层介质基板(4)的下表面为寄生贴片(5)，两者形成辐射体结构；该底层介质基板(7)的上表面为金属地板(6)，下表面为渐变型微带馈线(8)，三者形成馈源结构，其特征在于：
所述部分上反射表面(1)和部分下反射表面(3)，其均采用周期性排列的正六边形单元，这些单元沿着正六边形三条相邻边的中垂线方向排列；
所述支撑件(9)，采用低介电常数尼龙框，以在部分下反射表面(3)与金属地板(6)之间形成法布里-珀罗谐振腔，并在寄生贴片(5)与金属地板(6)之间形成空气带隙，以抑制天线表面波激励；
所述金属地板(6)，其上蚀刻有两条矩形缝隙(61)和(62)，以拓宽天线的阻抗带宽。


2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：
所述部分上反射表面(1)的正六边形单元，其为正六边形贴片；
所述部分下反射表面(3)的正六边形单元，其为正六边形孔径和孔径内六脚分支的组合；
所述上、下反射表面的正六边形单元的排列周期P为6mm-9mm。


3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：
部分上反射表面(1)中正六边形贴片单元的长L1为5mm-7mm；
部分下反射表面(3)中正六边形孔径的外径边长L2为5mm-7mm，正六边形孔径的内径边长L3为4mm-6mm，六脚分支的边长L4为5mm-7mm，六脚分支的宽W为0.5mm-3.5mm。


4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述低介电常数尼龙框(9)，包括方形外部框架(91)和方形内框架(92)，该外部框架分为上下两层(911,912)，通过四个支撑柱(93)固定，且下层框(912)仅有三条边，方形内框架(92)固定在下...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦永昌，关云杰，田季丰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61