基于多层柔性介质的Ka波段缝隙天线设计

摘要

随着微波技术的不断发展，天线及其馈电网络作为雷达以及通信系统的关键部分之一，一直受到研究人员的重点关注。在阵列天线馈电网络的设计中，功率分配器（下面简称功分器）的功率与相位平衡度决定所对应天线能量的多寡，进而影响天线增益，是天线馈电网络中一个不可忽视的重要环节。本文在学习基片集成波导技术的基础之上，以缝隙天线为主要研究方向，研究并设计了缝隙天线阵列中的功率分配网络，并在其后阵列天线低副瓣设计过程中加入了微带天线阵列的对比研究，具体工作包含以下几个方面：
　　（1）对基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，简称SIW）平面阵列天线以及平面贴片阵列天线进行了研究与设计。首先设计了一个以Rogers5880为板材，基于SIW的双层十六路三角分布功分器。仿真结果显示，功分器在33.5GHz至35.7GHz通带内S11小于-15dB，带内各端口损耗小于0.4dB，其余各端口的S参数曲线吻合良好，相邻端口相位相差180°，输出功率符合三角分布；然后在十六路功分器的基础上，设计了一个8×8平面缝隙阵列天线，仿真结果显示，天线在35GHz有良好的回波损耗，增益可达20dB，其副瓣电平在E面可达-28dB。
　　（2）为了加深对低副瓣天线的设计理解，针对12单元的多边形阵列天线，设计了一个以Rogers3850为板材的12路微带功分器。该功分器在34GHz至36GHz通带内S11小于-20dB，仿真结果显示，天线在34.3GHz至35.75GHz通带内，回波损耗小于-10dB，增益可达20dB，副瓣电平在E面和H面可达-26dB。
　　（3）基于以上两种平面阵列天线进行了柱面共形的研究和设计。文章将两种天线在半径150mm的圆柱体上进行共形，并进行了仿真。由仿真结果可以看出，天线在共形之后，二者S11均受到影响，产生一定的频率偏移。相比较而言，微带天线所受的影响比较小。在方向图方面，缝隙天线的副瓣电平有明显的增大趋势，而微带天线则表现为波瓣宽度增加，而且随着柱面曲率半径的增大，天线辐射特性呈向全向天线过渡的趋势。

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缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2本文主要创新点

第二章 文献综述

2.1基片集成波导功率分配器

2.2基片集成波导缝隙天线设计理论基础

2.3 微带天线

2.4 共形天线

2.5 本章小结

第三章 基片集成波导设计理论基础

3.1 基片集成波导的基本结构和传输特性

3.2 基片集成波导的相关研究方法

3.3 基片集成波导-微带线转换器的设计

3.4 基片集成波导直通结构设计实例

3.5 本章小结

第四章 基片集成波导馈电网络设计

4.1 一分二单层功分器的仿真设计

4.2 双层一分二交替相位功分器的设计

4.3 基于三角分布的双层八路交替相位功分器的设计

4.4 基于三角分布的双层一分十六交替相位功分器的设计

4.5 本章小结

第五章 基片集成波导平面缝隙阵列天线设计

5.1 基片集成波导1×4缝隙天线的设计

5.2基片集成波导8×4缝隙阵列天线的设计

5.3基片集成波导8×8缝隙阵列天线的设计

5.4低副瓣多层微带阵列天线的设计

5.5 本章小结

第六章 基片集成波导柱面缝隙阵列天线设计

6.1柱面阵基本原理

6.2 基片集成波导8×8柱面共形缝隙阵列天线

6.3 12单元共形微带贴片阵列天线

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文