基于多层介质覆盖层的高增益Fabry-Perot天线设计

玻璃磨边

第16卷第3期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．16，No．3 2018年6月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Jun．，2018 文章编号：2095-4980(2018)03-0486-04

刘士杰，陈星

(四川大学电子信息学院，四川成都 610064)

摘要：提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层，代替传统单层介质覆盖层，提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点5.8 GHz

饮料瓶提手的F–P谐振腔天线设计为例，采用微带贴片天线作为馈源，由多层厚度分别为1 mm,1 mm和1.5 mm，

直径分别为160 mm,130 mm和120 mm，相对介电常数为16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖

层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比，该多层介质覆

盖层将工作频率5.8GHz处天线增益由18.2dBi提高到19.1dBi，相应口径效率由70.02%增加到ttx2基板

WWW.02245.INFO86.14%，天线|S11|<-10 dB阻抗带宽和3dB增益带宽略有提高，分别达到8.19%和11.90%。

关键词：介质覆盖层；F–P谐振腔天线；增益；口径效率

中图分类号：TN828.4文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA201803.0486

Design of a high gain Fabry-Perot resonant antenna by using a multi-layer

dielectric superstrate

天山花楸LIU Shijie，CHEN Xing

(School of Electronics and Information Engineering，Sichuan University，Chengdu Sichuan 610064, China)

Abstract：A novel Fabry-Perot Resonant Antenna(FPRA) is proposed，which utilizes a multi-layer dielectric superstrate to enhance its gain and aperture efficiency. This multilayer superstrate is fabricated

by assembling several dielectric plates with different thicknesses and areas. This FPRA works at

5.8 GHz，employs a patch antenna as its feed，and assembles three Teflon plates with different thicknesses

(1 mm,1 mm and 1.5 mm) and diameters(160 mm,130 mm and 120 mm) but a same relative permittivity of冷冲模

16 to be its superstrate. A prototype is fabricated and measured. The measurement results agree well with

the simulation ones, and show，in comparison with the commonly adopted single-layer superstrate，the

proposed multi-layer superstrate improves the F–P resonant antenna’s gain from 18.2 dBi to 19.1 dBi at

5.8 GHz，correspondingly enhances the aperture efficiency from 70.02% to 8

6.14%, additionally，slightly

increases the antenna’s |S11|<-10 dB impedance bandwidth and 3 dB gain bandwidth，which are 8.19% and

11.90% respectively.

Keywords：dielectric superstrate；Fabry-Perot Resonant Antenna；gain；aperture efficiency

高增益天线有着广泛的应用，一直是众多学者研究的重点，主要包含微带贴片天线阵列、抛物面天线、波导缝隙阵列天线、谐振腔天线等等。以微带阵列天线为例，微带天线具有低剖面、低成本、易加工等特点，但是单个微带贴片的增益通常不高。为实现较高的增益，一般使用多个贴片天线作为单元组成天线阵列。天线阵列由馈电网络馈电，而馈电网络会给天线系统引入一定的插入损耗，造成能量损失，这是不希望看到的。在某些应用中，希望使用单个馈源实现高增益，减少在功分系统中损耗的能量。

法布里–珀罗(F–P)谐振腔天线是一种应用广泛的高增益天线。在初级馈源天线上方加载覆盖层即可实现高增益。通过覆盖层的部分反射特性，以及恰当设计的距离H，初级馈源辐射的电磁能量在覆盖层和反射地之间多次反射，最后在天线口径面上形成同相分布的口径场，电磁波同相叠加，可以显著地提高其辐射效率，进而实现高增益[1–2]。目前，绝大多数F–P谐振腔天线采用单层覆盖层，如频率选择表面、电磁带隙结构和零折射率材料等等[3–5]。因为口径面场分布不均匀等原因，F–P谐振腔天线尽管易实现高增益，但其口径效率却较低。例如，GUÉRIN

收稿日期：2017-10-25；修回日期：2017-11-15

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