基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束FP天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束法布里

【技术实现步骤摘要】
基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束FP天线


[0001]本专利技术属于天线
，特别是一种基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束法布里
‑
珀罗(Fabry
‑
Perot,FP)天线。

技术介绍

[0002]锥状波束天线主辐射方向在空间的一个锥面上，比同尺寸全向天线的增益高，并且比笔状波束天线的覆盖范围广，因而受到科研人员的广泛研究。特别是安装在车辆上的天线，锥状波束天线可以保证车辆不论是在前进还是在转弯时都能很好的接收到卫星或者基站的信号。虽然锥状波束天线的周向覆盖范围广，但是相比于同样电尺寸的笔状波束天线，其增益表现明显的降低。例如，电尺寸同样为4.5个波长半径的天线，当波束指向角50
°
时，锥状波束天线增益只有9.2dBi左右，而笔状波束天线可以达到19.3dBi左右。因为对于功率固定的天线而言，增益越高，所能传播和接收的信号距离越远，所以在不改变波束覆盖范围的同时，如何提高天线增益是一件具有重要意义的事情。
[0003]从提高天线增益和增大波束覆盖范围上看，通信天线通常有相控阵天线、数字波束形成天线、反射面多波束天线等形式。然而，前两类天线需要多个天线元件、移相器(具有不可避免的损耗)和复杂的信号处理才能运行，特别是相控阵天线既笨重又昂贵，因此，它们不适用于低价现代商用车载无线收发器；而反射面多波束天线轮廓较高、重量较重，难以安装到移动终端设备中；FP腔天线则具有轮廓低、重量轻，容易实现高增益和宽频带等诸多优势，在移动通信领域得到了十分广泛的应用。
[0004]将FP腔天线制作成多波束准锥状波束天线，可以大大提高波束覆盖范围，但已有的各类FP腔天线并不适合构建多波束准锥状波束天线。其中大部分采用多层制作、中心馈电，如专利号201911180248.X无源频率扫描Fabry
‑
Perot谐振腔天线和专利号202010936385.8一种基于超构表面的FP谐振腔天线，这样的多层结构制作加工较为复杂，成本高，其次中心贴片馈电，只能产生一个垂直向上的高增益波束，覆盖范围很窄。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束FP天线。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束FP天线，包一个FP腔，m个馈源，和一个SP10T开关，m为正整数；m个馈源发射的电磁波经过FP腔构成的波束形成网络后，进行能量汇聚，形成m个高增益倾斜波束。
[0007]所述m个馈源均匀设置在FP腔周围，从边缘向中心方向馈电，所述馈源位于第一介质板和金属地板之间，相邻两个馈源到中心的连线夹角为通过单刀m掷开关对所述m个馈源依次周期馈电产生准锥状波束。
[0008]优选地，所述FP腔包括第一介质基板、第一金属印刷电路、第一金属地板，第一介质基板与第一金属地板平行设置；
[0009]所述第一金属印刷电路印刷在第一介质基板正对第一金属地板的一面，第一金属
印刷电路和第一金属地板之间形成空气腔体，第一介质基板和第一金属地板之间通过尼龙柱固定；
[0010]所述第一金属印刷电路包括16圈无金属的圆形图案，圆形图案的排布规则为：中心处一个圆，沿半径方向每增加距离P增加一圈圆，每圈圆之间的间距相等，由中心向外侧第n圈圆的个数Nn满足公式：Nn＝round(2nπ)，n为正整数。
[0011]优选地，所述10个馈源包括第二介质基板、第二印刷电路、第三印刷电路、SMA接头和安装支架，所述第二金属印刷电路印刷在第二介质基板正对第一介质基板的一面，所述第三金属印刷电路印刷在第二介质基板正对第一金属地板的一面，所述第二介质基板通过安装支架固定在第一介质基板和第一金属地板之间，所述SMA接头固定在安装支架上。
[0012]优选地，述第二印刷电路费米
‑
狄拉克轮廓线的方程式为：
[0013][0014]所述第三印刷电路费米
‑
狄拉克轮廓线的方程式为：
[0015][0016]b＝0.23，c＝
‑
6.5，W
Fermi
是锥度宽度的渐近值，W
b
是费米狄
‑
拉克轮廓线沿y轴平移的量，0≤x≤l
F
，l
F
为第二介质基板的长度；
[0017]所述第二印刷电路边缘的正弦波纹方程为：
[0018][0019]所述第三印刷电路边缘的正弦波纹方程为：
[0020][0021]式中，(x
cu
,z
cu
)为第二印刷电路边缘正弦波纹曲线的坐标点，(x
cb
,z
cb
)为第三印刷电路边缘正弦波纹曲线的坐标点，A
R
为正弦波纹曲线的左侧开始点的幅值，A
L
为正弦波纹曲线的右侧结束点的幅值，l
C
分别对应正弦波纹曲线的长度，k是正弦曲线的周期常数，z0是正弦波纹曲线沿z轴的平移数值。
[0022]优选地，所述馈源是边缘具有多正弦波纹的对映费米
‑
狄拉克锥形缝隙天线。
[0023]本专利技术提出一种新的高增益准锥状波束天线，具有以下显著的优点：
[0024](1)本专利技术利用FP腔作为多波束形成网络，采用单刀十掷电控开关控制多波束扫描，在方位面实现360
°
电扫覆盖的准锥状波束天线。在国防和民用方面(1、此天线带宽10.5GHz—19.5GHz，能实现俯仰面9
°
—59
°
波束频率扫描，可应用于大空域探测系统；2、固定波束指向，增益变化不超过3dB的带宽为16.3％，可应用于通信系统。)具有很高的应用价值；
[0025](2)本专利技术利用MSC
‑
AFTSA作为馈源，可以获得超宽带特性；
[0026](3)本专利技术采用基于多波束切换的电扫描方法，在一个周期内形成的波束组成高增益准锥状波束，解决了锥状波束增益低的特点。
[0027]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。
附图说明
[0028]图1为本专利技术高增益宽频带准锥状波束FP天线主视图。
[0029]图2为本专利技术高增益宽频带准锥状波束FP天线俯视图。
[0030]图3为本专利技术MSC
‑
AFTSA馈源的主视图。
[0031]图4为本专利技术MSC
‑
AFTSA馈源的俯视图。
[0032]图5为本专利技术MSC
‑
AFTSA馈源的仰视图。
[0033]图6为本专利技术实施例的S参数性能图。
[0034]图7为本专利技术实施例在16GHz时依次切换端口馈电方向的方向图(θ＝50
°
)。
[0035]图8为本专利技术实施例在10.5GHz
‑
19.5GHz的方向图变化。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
是正弦波纹曲线沿z轴的平移数值。5.根据权利要求1所述的基于多波束切换的电扫高增益准锥状波束FP天线，其特征在于：所述馈源(2)是边缘具有多正弦波纹的对映费米
‑
狄拉克锥形缝隙天线。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐世山，杨俊翔，吴文，方大纲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：