5.8GHz 高增益Fabry-Perot 天线—

大概一年半前，我曾经抽空仿过一个很有意思的天线。这两天又把它翻出来完善了一下，值此新春佳节，把它发到科创上，就当是送给科创的新年礼物。这个天线的特点是，它用了一个超表面，上面有10×10共计一百个单元，每个单元的形状都是科创的logo，借此祝科创长命百岁

左：天线结构。右：超表面单元结构。

这个天线由两块FR-4 的PCB 组成，每块尺寸都是16x16cm，厚度2mm。上面的PCB 是一个超表面，红色部分是金属。下面的PCB 作为金属地，同时在中间印了一个简单的贴片天线，作为馈源。两块PCB 要隔空架起来，它们的间距是26mm。

这是一个Fabry-Perot 天线，这类天线的特点是结构很简单，增益高，带宽较窄，厚度大约为半波长。它的原理通俗的说就是，用一个完全反射的金属面，和一个半透半反的超表面，把他们之间的电磁波“压扁”。就像在很窄的方波导里面，电磁波的波长会变得很长一样。这个被压扁的电磁波，可以在很大尺寸内保持相位一致，而大尺寸的相位相同的口径面，就可以产生高增益的辐射。这个半透半反的超表面，可以用一系列偶极子实现。偶极子的形状可以很灵活的调整，比如改成论坛logo的形状。

这个天线工作在5.8GHz，增益17.5 dBi，3dB增益带宽270MHz （4.7%），匹配还算凑合。下面把主要仿真结果都列出来，供大家参考：

仿真的超表面上的电场，输入功率1W

zox面电场

zoy面电场

沿z轴正方向的增益

这个天线的directivity能达到19.2dBi，还算不错。理论上，相同尺寸的等幅同相口径的增益是20.8dBi，也就是说这个天线按directivity算的口径效率是69%。但是因为FR-4在5.8GHz的损耗很大，所以gain就只有17.7dBi了。再考虑到失配的损耗，realized gain又会掉到17.5dBi。实际加工出来可能还会再掉1dB。