基于基片集成波导技术的背腔式缝辐射天线研究

论文摘要

现代通信技术的迅速发展和应用,有力地推动着通信系统向小型化、集成化以及高性能化方向发展。相对于其它部件,天线目前仍存在着集成度低、性能不高等缺点,大大制约了整机的集成化要求。微带缝天线由于其成本低、重量轻、剖面低、相对宽的工作带宽和易于批量生产等优点,因此被广泛应用在微波和毫米波系统中。由于其结构紧凑同时采用微带馈电形式,因此它可以直接和系统其它电路集成,解决了天线难以集成的难题。但是当天线需要安装在某个平台上时,微带缝天线的双向辐射特性会给系统带来非常严重的电磁兼容问题。向着平台的辐射可能影响系统其它电路的性能,同时反射回来的电磁波对天线本身也会有很大的影响,所以常常用金属腔或金属平面来抑制某一个方向的辐射以实现单向辐射。但是金属腔或金属平面的引入使得天线的体积大大增加,损害了微带缝天线的紧凑结构,使得天线与其它电路难以进行单片集成。本论文正是针对上述问题,以背腔式缝辐射天线为主要的研究对象,在深入研究缝天线的辐射机理的基础上,引进了新的可集成式腔体来取代金属腔,研究了基于基片集成波导技术(SIW)的宽带背腔式缝辐射天线。主要内容为:1.研究了缝隙天线的辐射原理;2.研究了基片集成波导的传输特性、基片集成波导与传统金属波导的等效问题;3.研究了微带馈电槽辐射天线的带宽展宽技术。通过引入多路谐振大幅度提高天线的工作带宽;4.最后研究了SIW腔体用来代替传统金属腔体以抑制后向辐射的设计方法以及天线的最优化设计。仿真和实验结果表明,本文设计和制作的毫米波段基于基片集成波导腔体技术的宽带微带馈电缝辐射天线具有结构紧凑、剖面低(只有4%工作波长)、可直接与其它电路集成(整个天线加工和制作在介质基片上,且有SIW腔体来抑制后向辐射)等优点,同时天线还具有宽频段(绝对带宽为10GHz,相对带宽为30.6%)、辐射性能好的良好特性,满足了预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背腔式微带馈电缝天线发展现状
• 1.2 基片集成波导（SIW）发展现状
• 1.2.1 SIW 的产生背景和结构特性
• 1.2.2 SIW 在微波系统中的应用
• 1.3 SIW 在天线中的应用
• 1.4 本文的主要内容和结构安排
• 第二章 微带缝天线
• 2.1 天线的主要特性参量
• 2.1.1 天线输入阻抗
• 2.1.2 天线的极化方式
• 2.1.3 天线的增益
• 2.1.4 天线的方向图、主瓣宽度
• 2.1.5 天线带宽
• 2.2 缝隙天线的辐射原理及分析方法
• 2.2.1 缝隙单元的理论模型及其辐射分析
• 2.2.2 缝隙天线的功率及辐射导纳
• 第三章 SIW 传播特性研究
• 3.1 SIW 的传播特性
• 3.1.1 Floquet 定理
• 3.1.2 基片集成波导的近似分析
• 3.1.3 基片集成波导的频域有限差分分析
• 3.1.4 相位常数
• 3.1.5 衰减因子
• 3.2 SIW 与传统矩形波导（RW）等效
• 第四章 SIW 背腔式缝辐射天线
• 4.1 金属背腔式缝辐射天线
• 4.1.1 缝隙长度的影响
• 4.1.2 缝隙宽度的影响
• 4.1.3 天线尺寸的确定
• 4.1.4 介质材料的影响
• 4.1.5 馈电方式的确定及阻抗匹配
• 4.1.6 金属腔的选择
• 4.1.7 金属背腔式缝辐射天线的结果分析
• 4.2 SIW 背腔式缝辐射天线
• 4.3 单层SIW 缝辐射天线
• 第五章 总结
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果