基于间隙波导技术的毫米波缝隙天线及阵列研究

摘要

本文以毫米波高性能天线为背景，研究了间隙波导这种新型传输线在波导缝隙阵列天线设计中的应用。本文所做的主要工作和创新点如下: 新型间隙波导传输线特性的研究:参考大量文献，在国内外研究现状中总结了近年来关于间隙波导技术的主要研究方向及相关成果。介绍了间隙波导的分类、特点，以槽型间隙波导为例，分析了其在场型及传输特性方面都与矩形空腔波导相似，并研究了其实现单模传输及组阵没有栅瓣出现时需要满足的尺寸要求。针对其二维组阵时宽边尺寸过大易引发栅瓣的问题，创新性地提出两种解决思路:引入子阵进行“一对多”馈电和引入改进型平面印刷电磁带隙结构。 基于间隙波导串馈的高次模腔缝隙阵列的设计:采用波导缝隙阵列设计中常见的软件提取缝隙电导函数的方法，设计了槽型间隙波导馈电高次模介质腔子阵的均匀平面阵列天线，效率较高。通过调整耦合缝隙，对阵列进行泰勒加权，设计的16×8元低副瓣平面缝隙阵列仿真性能良好，可以满足汽车前向防撞雷达天线的指标要求。采取软件缝隙参数提取的方式，尝试通过加载了单元的耦合缝隙调整口径分布，是本部分的创新点。 基于新型平面介质印刷倒三角型电磁带隙结构的缝隙阵列设计:引入一种平面印刷型的电磁带隙结构，对槽型间隙波导传输线进行了改进，并分析了各尺寸对结构的阻带特性的影响，查看了传输线的性能。由于这种结构的介质板相对很薄，相应的排列周期可以很小，可以适当减小间隙波导宽边尺寸，有利于平面缝隙阵列的设计。在低频段，这种结构尺寸小带来的优势将更加明显。此外，相比销钉型结构，在毫米波段，平面印刷型的结构加工难度会减小很多。设计了一个8×8元缝隙阵验证了改进后的波导阵列性能，证明了用改进后的传输线设计平面缝隙阵列的可行性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景和目的

1．2国内外研究现状

1．2．1波导缝隙阵列天线

1．2．2新型间隙波导技术

1．3本文主要工作和内容安排

2波导缝隙阵列天线设计概述

2．1天线的阵列综合理论

2．1．1直线阵与平面阵

2．1．2阵列方向图综合法

2．2波导缝隙天线理论基础

2．2．1波导缝隙的辐射原理

2．2．2波导缝隙阵列的主要形式和等效电路

2．3波导缝隙阵列的设计方法

2．3．1 Stevenson法

2．3．2基于Elliott三个方程解缝隙参数

2．3．3基于电磁仿真软件HFSS提取波导缝隙函数

2．4本章小结

3基于新型传输线GWG的缝隙阵列天线设计

3．1 EBG结构理论与建模仿真

3．2 GWG的基本结构和工作原理

3．2．1基于仿真软件HFSS提取GWG缝隙电导函数

3．2．2间隙波导传输性能分析

3．3基于销钉型EBG结构的间隙波导缝隙阵列的设计

3．3．1 8元GGWG线阵缝隙等效导纳的提取与仿真

3．3．2基于销钉型EBG结构的8元缝隙GGWG线阵设计的局限性

3．4本章小结

4．GGWG馈电的高次模腔缝隙阵列天线设计

4．1天线技术指标和方案设计

4．2 TE220高次模介质腔子阵的设计

4．3平面均匀缝隙阵列的设计

4．3．1标准波导BJ-740对阵面的馈电设计

4．3．1 16×8元平面均匀缝隙阵列的设计

4．4平面缝隙阵列的低副瓣设计

4．4．1 16×2元缝隙一维线阵的加权低副瓣设计

4．4．2 16×8元缝隙平面阵列的加权低副瓣设计

4．5本章小结

5．基于介质印刷EBG结构的GGWG缝隙阵列天线设计

5．1一种平面介质印刷EBG结构

5．2基于介质印刷EBG结构的GGWG缝隙阵列天线

5．3本章小结

6．总结与展望

6．2下一步工作展望

致谢

参考文献

附录