高隔离度W波段基片集成波导阵列天线设计

发布时间：2020-04-09 03:05

【摘要】：W波段(75-110GHz)与低频段相比具有结构尺寸小、通信安全性好,因此常用于军工保密领域。在W波段进行传输,传统的微波传输线如金属波导和平面微带线有各种各样的缺点。微带线在W波段进行传输,除了加工工艺的影响,介质损耗会变大;金属波导在W波段传输性能良好,但是由于本身封闭结构不适合复杂的电路系统。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)综合了两者的优点,且适合W波段传输。因而本文用SIW作为传输线设计W波段阵列天线。高隔离度SIW阵列天线的整机模块分为两个部分:SIW阵列天线和电磁带隙(EBG)。SIW阵列天线部分包括接收天线和发射天线,接收天线和发射天线结构完全相同是一个8×12缝隙辐射阵列。设计天线整机模块分为两个步骤:1、设计收发SIW阵列天线,2、设计电磁带隙(EBG)。其中,收发SIW阵列天线设计包括单根SIW天线,SIW阵列天线辐射部分和馈电部分两个设计流程。具体步骤如下:1、设计单根SIW天线。在单根SIW的上表面开取缝隙12个缝隙,运用泰勒口径分布的综合方法确定各个缝隙的辐射电压电平,再经过等效电路模型转换为归一化导纳的分布。提取单根SIW缝隙的电参量,寻找缝隙偏离中心的距离(偏心距)与谐振长度和归一化导纳分布的函数关系,由此得出归一化导纳分布对应缝隙的偏心距X和谐振长度lr。最后,仿真单根SIW天线验证提取电参量的精度和准确性。2、SIW阵列天线的辐射部分和馈电部分。8根SIW天线等间距组成SIW阵列天线的辐射部分,SIW树状功分器为SIW阵列天线的馈电部分。原本已经提取的电参量数据因为没有考虑SIW天线之间的缝隙耦合作用需要再次提取电参量进行修正。本文设计5×6小型阵列模型再次提取有源导纳参数,再次得到缝隙偏心距、缝隙谐振长度和有源导纳三者之间的关系,确定SIW阵列天线辐射部分缝隙的偏心距X和谐振长度lr。为了实现SIW阵列天线辐射部分正常馈电,设计SIW结构的1分8相位平衡不等分功分器作为馈电部分。考虑到天线测试和实际使用,设计标准波导到SIW的垂直过渡结构。最后,将SIW阵列天线辐射部分、馈电部分,垂直过渡结构三个部分衔接进行整体仿真。3、针对收发天线的隔离度,设计蘑菇型EBG结构。将收发SIW阵列天线隔离度提到55dB。加工并测试基片集成波导阵列天线模块,比较仿真和测试的结果。
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圈１－２邋Ｌｉ邋Ｙａｎ设计的天线逡逑图１－２设计的４ｘ４缝隙阵天线阵列，天线辐射部分通过计算开缝方便位置和尺寸，所以影响阵列进－步发展是天线馈电部分的设计效果９早波导提出之初就是运用在天线的馈电部分》根据阵列天线综合理论，端般需要在＾个频段甚至是多个频段保持稳定的幅度差；在输出的相位线辐射部分一般馈电渡Ｕ处在一个水平线上，各端口满足一定相移输，Ｈ而，运用基片集成波导设计阵列天线一般保持馈电端口Ｍ相位或是入。国内在这方面进行深入研究的有东南大学、电子科技大学等单位。２南大学的ＨａｉｆｎｅｇＸｕ等设计了给４ｘ８、８ｘ８、１６ｘ１６缝隙阵天线福射部构，如图１－３所示。逡逑１７逦１６逦１５逦１４逦１３逦１２邋ｌｌｉ邋ＩＯ邋９邋Ｈ邋７逦６逦５逦４逦３逦２逡逑

逡逑８个数字标定，其中１端口为输入，与图１－３馈电部分不同，所有输出端口同相输逡逑出《实际上，图１－３馈电部分由３类１分２的Ｔ型结级联成的．图１－３和图１－４是逡逑基片集成波导结构两类常见的天线馈电部分。逡逑图１－４文献［８］设计的馈电部分逡逑基片集成波导结构在圆极化天线设计方面也有广泛用途。在基片集成波导上．逡逑表面开缝形式灵活多样，，设计出的天线功能丰富，频段，轴比等均能根据项目协议逡逑设计满足不同场合的实际需要＊图１－５＾和图是两款基片集成波导圆极化天逡逑线，前者圆极化轴比为１．９５ｄＢ，后者为２．５ｄＢ。逡逑．逦１－邋－邋Ｍ逡逑|r逦？S缅危垮危垮义希垮澹�ｉ邋？邋？邋＿邋？逦？邋？逦？？＿？邋？悙逡逑■■奉？？|r？■？？？＊？？■？■S茫撸浚俊龇选觯縎肧茫浚浚浚浚浚浚俊觯縎茫浚坎五义希蓿觯�逦＂Ｖ．逡逑图１－５文献［９］设计圆极化天线实物逡逑Ｉ邋少逦，逦邋／／逦邋邋／／逦，逦１｜逡逑ＯＯＯＯＯＯｐＯＯＯＯＯＯＣ邋Ｉ邋｜邋Ｉ邋ｂＯＯＯＯＯＯＣｙ＾ＯＯＯＯＯＣｌＨ邋■邋ｐＯＯＯＯＯｐ＾ＤＯＯＯＯＯＯＯ邋Ｐ邋｜邋ｏｏｏｏｏｏｏ逡逑－ｇ－Ｔ１逡逑！；广邋ｒｉ＝＾”ＳＬ邋Ｌｉ邋Ｊｌ邋＾逦＼邋１邋Ｉ邋Ｗ逦ＬＬ＝１＝Ｊ１邋Ｔ逡逑ＯＯ邋Ｏｑ＾＾＾Ｊ＾ＱＯＯＱＱＯｐｌａＯＯＱｐｆｐＯＯ邋ＯＯＰ邋ＯＯＰ邋Ｑ�

本文编号：2620198