CN213753073U - 一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线 - Google Patents
一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种加载FSS的双频可控Fabry‑Perot谐振腔天线，包括上层介质板，下层介质板和四根尼龙柱；所述上层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，所述下层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，且上层介质板位于下层介质板的上方，与下层介质板之间形成一定空间的空气腔；所述上层介质板上设有FSS阵列；所述下层介质板的上表面贴有双频贴片天线，下表面设有金属地板。本实用新型相比于普通的双频谐振腔天线具有可控效果，在实现多功能一体化谐振腔天线的研发中有着重要的价值。
Description
技术领域
本实用新型属于电磁场与微波技术领域。
背景技术
Fabry-Perot谐振腔天线一般是上下两层平行结构，下层介质板的上表面放置一个馈源天线，下表面是金属地板，上层为部分反射层(Partially Reflective Surface,PRS)，上下两层结构形成一个Fabry-Perot谐振腔结构，此结构无需复杂的馈电网络就可以提升天线增益。当腔体达到某种谐振条件时，下表面辐射器发射的电磁波透射过上层PRS结构之后可实现同相叠加，以此提升天线的增益并锐化其波束宽度。
随着集成技术的不断发展，一个FSS单元之中已可以实现同时加载多个有源器件，通过这种方式能够达到多种功能集于一体的目的。考虑到当前的电磁环境日益复杂，研究加载FSS的多功能Fabry-Perot谐振腔天线具有重要的理论和工程意义。
实用新型内容
本实用新型的目的：为了解决上述背景技术存在的问题，本实用新型提供了一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线。
本实用新型的技术方案：本实用新型提供了一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线，包括上层介质板，下层介质板和四根尼龙柱；所述上层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，所述下层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，且上层介质板位于下层介质板的正上方，与下层介质板之间形成具有一定空间的空气腔；
所述上层介质板上设有FSS阵列；所述下层介质板的上表面贴有双频贴片天线，下表面设有金属地板。
进一步的，所述FSS阵列包括若干个FSS单元，每个FSS单元结构相同，均包括一个金属圆环和一个圆形金属贴片，所述金属圆环设置在上层介质板的上表面，且该金属圆环上对称地设有两个槽口，在每个槽口内设有PIN二极管，该PIN二极管的一端与该槽口的一端，另外一端与该槽口的另外一端连接；所述圆形金属贴片设置在下层介质板的下表面，在一个FSS单元中圆形金属贴片的圆心与金属圆环的圆心相对应。
进一步的，所述下层介质板采用F4B高频微波板，上层介质板采用FR4高频微波板。
进一步的，所述金属圆环和圆形金属贴片的中金属为铜、铝或金。
有益效果：
本实用新型采用了双频贴片天线，与一般单频点谐振腔天线相比，实现了谐振腔天线双频工作。且本实用新型采用了加载了PIN二极管的FSS结构，通过控制PIN二极管的导通与否，实现了该双频天线工作状态的切换。
附图说明
图1是加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线的结构侧视图；
图2是FSS单元结构示意图，左边为FSS单元中金属圆环示意图，右边为圆形金属贴片示意图；
图3是下层介质板上的贴片天线结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为侧视图；
图4是加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线的仿真结果图，其中(a)为微带天线与Fabry-Perot谐振腔两种状态对比图，(b)为微带天线和谐振腔天线在5.6GHz处的增益对比图，(c)为微带天线和谐振腔天线在10Hz处的增益对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型实施例的加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线包括上下两层介质板，两层介质板之间形成空气腔，H为空气腔的高度。如图2中所示，上层介质板FSS单元结构上表面放置金属圆环，并在圆环上开两个槽，在槽中用PIN二极管连接两端，在上层介质板的下表面放置圆形金属贴片，且在一个FSS单元结构圆形金属贴片的圆心与金属圆环圆心相对应。图2中参数p为FSS单元周期，d为金属圆环外径，s为金属圆环宽度，d1为圆形金属贴片半径，在本实施例中p＝12mm,d＝5.8mm,s＝0.2mm,d1＝4mm；所述实施例的加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线上层板FSS阵列是7×7周期排布，即该FSS阵列由7×7FSS单元构成。
如图3所示，下层板的上表面贴有双频贴片天线，下表面是金属地板。其中t为贴片天线厚度，pl为上表面贴片长，pw为上表面贴片宽，sl为贴片上缝隙的长，sw为贴片上缝隙的宽，w为贴片天线的宽，L为贴片天线的，本实施例中t＝2mm,pl＝15mm,pw＝11.5mm,sw＝11.4mm,sl＝0.8mm。
本实施例采用了双频天线与加载PIN二极管的FSS结构，通过控制PIN二极管的导通与否，有效的解决了传统谐振腔天线的不足。
根据Fabry-Perot谐振腔天线的工作频段，介质基底的材料可选择F4B，FR4等，金属结构材料可选择导电性好、性质稳定的金属，如铜、金和铝等，PIN二极管在这里采用SMP1320。
在本实施例中，加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线工作在微波波段，下层介质基底(下层介质板)采用F4B高频微波板，厚度为2mm，采用标准PCB加工工艺在介质基底上表面制作相应尺寸的贴片天线，下表面附着金属地板；上层介质板采用FR4高频微波板，厚度为2mm，采用标准PCB加工工艺在介质基底上制作7×7的金属周期阵列，总的尺寸为94×94mm2，金属采用35μm厚度的铜，PIN二极管采用SMP1320-11的封装。本实施中该天线总高度为18.8mm,其中空气腔高度是14.8mm。
图4为加载FSS的可控双频Fabry-Perot谐振腔天线的仿真结果图。其中(a)是微带天线和Fabry-Perot谐振腔天线的回波损耗S11，可以看出在5.6GHz和10GHz处S11最小，即工作频点为5.6GHz和10GHz。(b)和(c)是微带天线和谐振腔天线分别在5.6GHz和10GHz处的增益，该Fabry-Perot谐振腔天线在PIN二极管导通时，可以在两个频点同时工作，天线工作状态良好且在5.6GHz和10GHz两个频点处提高贴片天线的增益，尤其是在10GHz处使得贴片天线的增益得到8.7dB的大幅度提升，可以看出当pin管处于开状态的时候，谐振腔天线的增益相对于关状态有明显的提升，起到了开关控制效果。而PIN二极管断开时，该Fabry-Perot谐振腔天线在两个频点处的天线阻抗匹配状态以及增益都远差于原贴片天线。实现了通过控制PIN二极管的通断来实现该双频天线工作状态的切换。本实用新型相比于普通的双频谐振腔天线具有可控效果，在实现多功能一体化谐振腔天线的研发中有着重要的价值。
本实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线，其特征在于：包括上层介质板，下层介质板和四根尼龙柱；所述上层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，所述下层介质板的四个角分别固定在四根尼龙柱上，且上层介质板位于下层介质板的正上方，与下层介质板之间形成具有一定空间的空气腔；
所述上层介质板上设有FSS阵列；所述下层介质板的上表面贴有双频贴片天线，下表面设有金属地板。
2.根据权利要求1所述的一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线，其特征在于：所述FSS阵列包括若干个FSS单元，每个FSS单元结构相同，均包括一个金属圆环和一个圆形金属贴片，所述金属圆环设置在上层介质板的上表面，且该金属圆环上对称地设有两个槽口，在每个槽口内设有PIN二极管，该PIN二极管的一端与相应的槽口的一端连接，另外一端与相应的槽口的另外一端连接；所述圆形金属贴片设置在上层介质板的下表面，在一个FSS单元中圆形金属贴片的圆心与金属圆环的圆心相对应。
3.根据权利要求2所述的一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线，其特征在于，所述金属圆环和圆形金属贴片采用的金属为铜、铝或金。
4.根据权利要求1所述的一种加载FSS的双频可控Fabry-Perot谐振腔天线，其特征在于，所述下层介质板采用F4B高频微波板，上层介质板采用FR4高频微波板。
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