W波段基片集成波导缝隙阵天线设计

摘要

随着通信技术的不断发展，通信系统不断的向小型化、轻量化、低成本和高集成度发展，并且工作频段也越来越高，导波结构也随之不断发展。传统的金属波导虽然具有低损耗、低辐射、高功率容量等优点，但是由于其重量重、体积大、价格昂贵和加工难度大等问题，集成难度大；而微带线、平面波导等平面结构虽然小巧轻便，价格低廉，集成度高，但由于这种结构属于半开放性结构，当工作在微波高频段时辐射严重，传输性能较差。基片集成波导虽然是一种平面导波结构，但是却具有和传统波导相似的传播特性，兼具这两种结构的优点。在设计应用中把握好体积与性能之间的平衡点，就能很好的发挥基片集成波导的优势。
　　本文仿真研究了基片集成波导关键参数对其传输性能的影响，在研究的基础上确定了以94GHz为中心频率基片集成波导的关键参数。通过理论分析和仿真验证的方法，证明在天线设计过程中可以利用介质填充波导代替基片集成波导进行建模仿真，大大提高了天线优化仿真的效率。利用等效电路分析的方法分析了单独缝隙天线的辐射特性，仿真提取了不同偏置、不同长度的单独缝隙天线的导纳参数。在切比雪夫电平分布的基础上，用matlab编程的方法设计了32元缝隙线阵天线，发现由于阵元数目较多，两段阵元电平发生跳变，之后采用泰勒电平分布很好解决两端阵元电平跳变的问题。传统的缝隙阵设计方法是不考虑缝隙间耦合的影响的，造成设计的天线端口不匹配，回波损耗很难达到要求。本文采用Elliott方程和泰勒电平相结合的方法，使用matlab编程，计算缝隙偏置和缝长，由于Elliott方程考虑了缝隙间的耦合，计算结果明显优于传统方法，很好解决了传统设计方法由于不考虑缝隙间耦合造成的不匹配问题。基于基片集成波导这种结构的特殊性能，多个线阵排列对H面方向图影响很小，可以加大阵面提高增益，本文设计了16×32平面阵，并且通过设计不同形式的馈电结构，实现了天线H面的和差方向图。天线的中心频率为94GHz，反射损耗在92.5～95.5GHz内均小于-10dB，天线增益达到33dBi，副瓣电平小于-24dB，实现的差波束方向图最大零深达到-40dB。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 基片集成波导（SIW）的研究现状

1.3 基片集成波导在天线领域的应用

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基片集成波导基础理论

2.1 基片集成波导的结构

2.2 基片集成波导传输特性

2.3 基片集成波导与介质填充矩形波导的等效

2.4 本章小结

第3章 基片集成波导缝隙的辐射特性

3.1 基片集成波导缝隙辐射原理

3.2 基片集成波导缝隙等效电路

3.3 基片集成波导缝隙等效电路分析方法

3.4 基片集成波导缝隙特性参数的提取

3.5 本章小结

第4章 基片集成波导缝隙线阵天线设计

4.1 阵列天线的方向图

4.2 线阵

4.3 基于史蒂文森法的设计

4.4 基于艾利奥特方程的设计

4.5 本章小结

第5章 基片集成波导缝隙面阵天线设计

5.1 波导与基片集成波导转换结构设计

5.2 基片集成波导功率分配器

5.3 天线整体设计优化

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢