将超表面概念集成到天线设计中引发了一项革命性的突破,在方向性、带宽、辐射方向图、极化和波束整形能力方面取得了前所未有的进步。最近有研究人员提出基于全金属超表面的双Fabry-Perot(FP)共振腔天线阵列,可以大大提高天线的性能。
As shown below👇
*双FP共振腔
PEC-PEC腔:由两个金属平行板形成,支持传统的电共振模式。
PMC-PMC腔:可以通过金属针状超表面(metasurface)模拟PMC(理想磁导体)行为,支持磁共振模式。
混合设计通过同时激发电和磁共振,可以显著扩展天线的工作带宽。用金属针超表面构造等效PMC边界,当针的高度与间距满足 λ/4 条件时,表面呈现高阻抗特性,即等效为PMC,从而新增磁共振通道。两个共振峰靠近叠加,拓宽带宽。
双腔耦合效应与传统FP天线
两种共振模式叠加,使天线在工作频段范围内实现宽带工作。
避免了传统FPRA的窄带限制,同时保持高增益和低交叉极化。
*FP共振腔的基本原理
FP腔通常由两个平行的反射面构成,电磁波在腔内多次反射后形成驻波,从而产生共振效应。在传统设计中,FP腔的边界条件是理想电导体(PEC),其共振频率由腔体间距决定,遵循公式 f0 = nc/2d ,其中n 是模式数,c 是光速,d 是腔体间距。
FP共振腔天线(FPRA)利用FP腔的共振效应增强天线的方向性和增益。其典型结构包括:
底部馈电层(如微带线或波导);
中间谐振腔(FP腔);
顶部部分反射面(如金属栅格或超表面)。
FPRA 的主要特点:
高方向性:FP腔的共振使电磁波能量集中辐射,形成窄波束。
带宽受限:传统FPRA的带宽较窄,通常仅支持单一共振模式。
[1] B. Ferreira Gomes, A. U. Zaman, and J. R. Mejía-Salazar, “All-Metallic-Metasurface-Based Wideband Dual Fabry–Perot Resonance Antenna Array With High Directivity and Polarization Purity,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 6, pp. 3692–3703, Jun. 2025, doi: 10.1109/TAP.2025.3537688.