研究目的
设计一种利用单层频率选择表面结构实现高增益的宽带法布里-珀罗谐振天线。
研究成果
该设计的宽带FP谐振器天线实现了11.99-15.81 GHz(27.5%)的工作带宽、11.9-15.5 GHz(26.3%)的3 dB增益带宽,在14.4 GHz处获得最大增益13.27 dBi,且工作频段内辐射效率高于83.4%。这证明了单层FSS结构在提升增益和带宽方面的有效性,表明其有应用于高增益宽带天线系统的潜力。
研究不足
该研究基于仿真结果,未经实验验证,可能未考虑制造公差或环境效应等实际因素。该设计针对特定频段(10.3-16 GHz),可能不适用于其他频段。
1:实验设计与方法选择:
采用单层互补圆形频率选择表面(FSS)结构作为部分反射面(PRS),通过构建正斜率反射相位梯度实现法布里-珀罗谐振腔天线宽带增益增强。其谐振条件由公式φPRS = 4πh f /c +2Nπ-φGND决定,其中h为腔体厚度,f为频率,φGND = -π。
2:样品选择与数据来源:
PRS单元由蚀刻在F4BM220基板正反两面的圆形互补结构构成,参数p=6.5 mm、h2=1.5 mm、r1=2.3 mm、r2=3 mm。辐射源为缝隙耦合贴片天线,参数包括W=60 mm、h1=0.8 mm、l1=24 mm、l2=6 mm、l3=1.7 mm、ls=7 mm、ws=1 mm、wp=5.5 mm、wd=10 mm、w1=2.3 mm、w2=0.9 mm及hair=3 mm。
3:5 mm、h2=5 mm、r1=3 mm、r2=3 mm。辐射源为缝隙耦合贴片天线,参数包括W=60 mm、h1=8 mm、l1=24 mm、l2=6 mm、l3=7 mm、ls=7 mm、ws=1 mm、wp=5 mm、wd=10 mm、w1=3 mm、w2=9 mm及hair=3 mm。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:PRS及辐射源天线采用F4BM220基板(ε2=2.2,tanδ=0.0007),具体几何参数如前所述。
4:2,tanδ=0007),具体几何参数如前所述。
实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:设计并仿真PRS以验证反射相位与幅度;设计并仿真辐射源天线的S11和增益;将PRS(在W×W基板上按7×7周期排列)置于缝隙天线接地面hc=10.5 mm高度处组装FP谐振腔天线,通过仿真评估S11、增益及带宽性能。
5:5 mm高度处组装FP谐振腔天线,通过仿真评估S增益及带宽性能。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:基于标准天线性能指标,分析仿真结果中的反射系数、S11、实现增益、工作带宽及3-dB增益带宽。
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