基片集成波导缝隙天线的研究

论文摘要

太赫兹（Terahertz,THz）波是指频率在0.1THz10THz（波长介于30μm3000μm）范围内的电磁波,太赫兹科学技术是一门综合性很强的前沿学科,近二十多年来,太赫兹技术随着其产生机理、检测技术和应用技术的进步而得到了蓬勃发展。THz技术的应用离不开THz辐射源和THz探测技术的发展,同样也需要THz波各种功能器件的发展。基片集成波导结构,是近年来提出的一种可以在PCB、LTCC等工艺上实现,可以代替传统矩形金属波导的类波导结构,但它却具有易于集成、尺寸小、价格低等优点。通过在基片集成波导结构上开槽可以形成缝隙阵天线。这种结构同样也适用于太赫兹波段,将基片集成波导结构应用到太赫兹波段有利于太赫兹技术的发展。论文主要分析了基片集成波导的传输特性,应用谐振式矩形波导缝隙天线的设计理论设计了SIW缝隙天线,并讨论了各个参数对天线性能的影响。应用镜象原理设计和研制了全向SIW缝隙阵天线,缝隙阵采用了道尔夫-切比雪夫阵。并利用电磁场仿真工具对所有设计的器件进行了数值模拟和结构优化,从而使器件达到较好的指标。研究结果对于太赫兹波段的功能器件的开发具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基片集成波导的产生背景
• 1.2 基片集成波导的研究进展
• 1.3 基片集成波导结构在天线领域中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 天线的基本理论
• 2.1 天线的基本电参数
• 2.1.1 天线的输入阻抗
• 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、主瓣宽度和副瓣电平
• 2.1.5 天线带宽
• 2.2 天线测量技术
• 2.2.1 天线输入阻抗的测量
• 2.2.2 方向图的测量
• 2.2.3 增益的测量
• 2.3 缝隙天线的主要电参数
• 2.3.1 缝隙天线的波瓣带宽和增益
• 2.3.2 缝隙天线波束的倾斜角
• 2.4 本章小结
• 第三章 基片集成波导器件设计基础
• 3.1 基片集成波导器件的结构
• 3.2 基片集成波导传输特性的研究方法
• 3.2.1 全波分析法
• 3.2.2 SIW 与介质填充波导的等效法
• 3.2.3 电磁场分析软件在基片集成波导器件研究中的应用
• 3.3 矩形金属波导
• 3.3.1 矩形波导的通解
• 3.3.2 矩形波导的模式和截止频率
• 3.4 各种传输线和SIW 的转换
• 3.4.1 共面形式
• 3.4.2 异面形式的转换结构
• 3.5 基片集成波导孤立缝隙的电参数
• 3.6 本章小结
• 第四章 基片集成波导谐振式缝隙阵列天线的设计
• 4.1 谐振式矩形波导缝隙阵列天线的设计原理
• 4.1.1 波导缝隙的等效导纳
• 4.1.2 波导缝隙等效导纳的表示
• 4.1.3 谐振式矩形波导缝隙阵列天线
• 4.2 谐振式基片集成波导缝隙阵列天线的设计
• 4.2.1 缝隙阵的设计
• 4.2.2 基片集成波导与微带过渡结构的设计
• 4.2.3 谐振式基片集成波导缝隙阵列天线的设计结果
• 4.2.4 尺寸对谐振式基片集成波导缝隙阵列天线的影响
• 4.3 全向谐振式SIW 缝隙阵列天线的设计
• 4.3.1 全向谐振式SIW 缝隙阵的设计
• 4.3.2 全向谐振式SIW 缝隙阵列天线与微带过渡结构的设计
• 4.3.3 全向谐振式SIW 缝隙阵列天线的设计结果
• 4.3.4 尺寸对全向谐振式SIW 缝隙阵列天线的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果