摘要:為實(shí)現(xiàn)高增益低旁瓣的定向天線,設(shè)計了一種采用介質(zhì)基片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)縫隙天線陣,并在輻射縫隙兩邊增加扼流槽,與傳統(tǒng)的介質(zhì)基片集成波導(dǎo)相比,大幅增加了帶寬。最后實(shí)現(xiàn)了一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)天線陣,其帶寬增加了8%,實(shí)際測試表明該天線具有高增益,低旁瓣,達(dá)到了設(shè)計要求。
介質(zhì)基片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)縫隙天線陣是針對以往采用波導(dǎo)型材實(shí)現(xiàn)天線開縫的方法所提出的。使用印刷電路中常用的金屬化過孔的方法,用兩排較為密集的金屬過孔將聚四氟乙烯微帶板(雙面覆銅板)的上下兩層銅皮連接在一起。此時在兩排過孔與上下兩層銅皮之間能夠?qū)须姶挪?,其模式為類似于矩形波?dǎo)中的TE10模,而不是TEM波。介質(zhì)板的上下兩層金屬層等效為矩形波導(dǎo)的兩寬邊,而兩排金屬過孔形成矩形波導(dǎo)的窄壁。對于微帶板,如果孔和孔之間的距離比較近,就可以將孔之間的空隙看成是波導(dǎo)窄壁上垂直于傳播方向的縫隙。這種縫隙不會影響TE10模傳播,也不會向外輻射。因此可以用這種方法在微帶板上實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)的功能。
1 天線設(shè)計
微帶板結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 微帶板結(jié)構(gòu)圖
與矩形波導(dǎo)相比,介質(zhì)基片集成波導(dǎo)具有以下優(yōu)點(diǎn):1)加工簡便,成本低廉;2)體積小,集成度高;3)易于和平面微波電路連接;4)與銅質(zhì)波導(dǎo)相比重量輕。
與微帶貼片天線相比,介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的損耗小,Q值高,能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的天線和濾波器。
對于平板縫隙天線陣,扁波導(dǎo)縫隙天線的帶寬較窄,且波導(dǎo)的高度越低帶寬越窄。另外輻射波導(dǎo)的帶寬還和縫隙所處的外環(huán)境有關(guān),即輻射波導(dǎo)之間的耦合有關(guān)。孤立縫隙的帶寬較寬,而組陣后帶寬較窄。而且當(dāng)單元間距越小,耦合越強(qiáng)時,輻射波導(dǎo)能夠獲得較大的帶寬。因此波導(dǎo)縫隙天線的帶寬主要由2個因素決定:1)波導(dǎo)的高度。2)縫隙所處的外部電磁環(huán)境。
在輻射波導(dǎo)兩測布置扼流槽可以擴(kuò)展帶寬,如圖2所示。圖中扼流槽的各部分尺寸,單位為mm.由于介質(zhì)波導(dǎo)(SIW)的寬度為24 mm,而輻射波導(dǎo)的間距為40 mm,所以每各輻射波導(dǎo)兩側(cè)都僅有8 mm空間,必須將扼流槽折疊。在折疊后,扼流槽的尺寸都是仿真計算的,以保證從扼流槽的開口向里看是等效開路。圖3是加扼流槽后天線反射系數(shù)仿真結(jié)果。
圖2 帶有扼流槽的縫隙天線截面圖
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