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《中国工程物理研究院》 2019年
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W波段基片集成波导缝隙天线研究

赵真涵  
【摘要】:缝隙天线是在波导上有规律地开缝而形成的天线形式,当缝隙形成阵列后易得到较高的增益和窄波束。基片集成波导完成了从非平面结构向平面结构的转换,既具有矩形波导品质因数高、又具有微带体积小、成本低的特点。随着现代科技的发展,天线研究逐渐从低频段向高频段和毫米波段发展,传统的微带天线结构应用于毫米波频段时天线效率不高,以基片集成波导为基础的基片集成波导缝隙天线具有高效率、低成本、重量轻等特性,受到了越来越多地关注,具有广泛应用在雷达、导航、探测、输能等方向巨大潜力。本论文针对w波段高效率基片集成波导缝隙阵列天线开展研究,完成了线极化和圆极化高效基片集成波导缝隙阵列天线优化设计和实验验证。本文主要工作如下:1.W波段SIW线极化缝隙天线阵的研究:设计了一个4×4基片集成波导线极化缝隙天线阵列,在对缝隙天线进行设计前首先对基片集成波导的设计原则进行了探讨。对于线极化缝隙天线的研究主要分为辐射缝隙天线和耦合缝隙天线两部分。辐射缝隙天线采用波导宽壁纵向偏移缝隙,此类缝隙类似于等效电路中的并联导纳,能将能量从缝隙中较好的辐射出去。耦合缝隙天线采用波导宽壁中心倾斜缝隙,此类缝隙类似于等效电路中的串联阻抗,可用于对天线结构进行馈电。通过三维模拟仿真软件对上述天线结构进行了设计优化,得到当工作频率为94 GHz时,线极化SIW缝隙天线阵的反射系数为-30.1 dB,天线增益为16.8 dB,天线结构副瓣电平为19.5 dB,半功率波束宽度为38°。2.W波段SIW圆极化缝隙天线阵的研究:对于线极化天线而言,一旦接收方向与天线的发射方向不一致,能量会有很大的损耗,在实际应用中会有较大限制。因此本篇文章在天线辐射层之上,安装了一层圆极化对称振子,通过改变电场相位和电场方向形成圆极化波,通过仿真优化得到圆极化SIW缝隙天线阵在92.9 GHz时有最小反射系数-32.5 dB,天线的-10 dB带宽约3 GHz。当工作频率为94 GHz时,圆极化天线的增益为16.65 dB,副瓣电平为12.6 dB,半功率波束宽度为80°,圆极化天线的轴比为1.1 dB。3.过渡结构的设计和天线实物加工实验:为了完成从基片集成波导结构到标准矩形波导的转换,本篇文章设计了一个过渡结构与天线进行连接,对过渡结构进行仿真后发现最后对天线实物进行了实验验证和分析。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN823.24;TN25

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