基于基片集成波导馈电的宽带Vivaldi天线研究

摘要

军事领域、定位系统，乃至民用通信方面，当代微波天线领域对频带宽度的要求越来越高。Vivaldi天线是一种应用日益广泛的行波天线，它的渐变型喇叭口辐射结构使其在理论上具有无限宽的工作带宽，这对于现代无线电通信、定位技术、军用雷达技术等多个方面都有着非常重要的作用。可以为Vivaldi天线馈电的结构有很多，最常见的微带槽线巴伦在较宽的频带内具有良好的传输及阻抗匹配特性，但是随着频率的升高，微带槽线巴伦的结构特点导致了巴伦本身消耗的能量越来越大，天线获得的能量逐渐减少，因而天线在高频段的增益下降。
　　矩形波导具有功率容量大、衰减小的特点，是射频微波中使用频率较高的器件之一。但是在平面集成电路广泛应用的今天，矩形波导却因为其非平面化结构存在一定的应用盲区。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)正是为了克服这种不足，而被提出的一种毫米型慢波器件。它和传统矩形波导(Rectangular Waveguide,RG)有极其相似的特性，都包括品质因数高和功率容量大等优势。除此之外 SIW还具有重量较轻、体积小、设计简单、成本低廉、易于集成等优点，有着广阔的应用前景。正是因为上述特点，本文以SIW为基础，设计了一种新型馈电巴伦，旨在改善Vivaldi天线高频增益。
　　本文在前人的研究基础之上，做的工作如下：
　　首先利用基片集成波导技术设计并仿真了一个低损耗、具有良好传输特性和带内匹配特性的SIW-微带馈电巴伦，针对微带与SIW过渡部分的梯形渐变线进行重点设计，其工作频带为6GHz-10GHz；并将之与工作频段相同的传统微带-槽线馈电巴伦的性能进行对比，分析其各个重要参数对巴伦驻波比、传输常数和反射常数的影响。其次分别为两种馈电巴伦设计加载与其结构形式相匹配的Vivaldi天线；其中基片集成波导-微带馈电巴伦后加载对踵Vivaldi天线(Antipodal Vivaldi Antenna，AVA)，微带-槽线馈电巴伦后加载传统的Vivaldi天线(Vivaldi Antenna)。利用软件仿真后对两种天线结构的性能参数对比分析，得出SIW-微带巴伦在对Vivaldi天线馈电时，相较于传统微带-槽线巴伦，在高频频段能够明显的提高天线增益，并保持其他指标依旧良好。在SIW-微带巴伦馈电的Vivaldi天线性化优化方面，分析了Vivaldi结构参数对天线的影响。最后对本文设计的SIW-微带馈电巴伦及其加载对踵Vivaldi天线这两个模型加工实物并测试S参数。

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第一章 绪论

1.1课题的来源及研究意义

1.2 Vivaldi天线特点简介

1.3基片集成波导技术简介

1.4馈电巴伦介绍

1.5本文的主要工作和内容安排

第二章 宽带Vivaldi天线

2.1 Vivaldi天线的研究

2.2超宽带技术

2.3超宽带天线介绍

2.4超宽带巴伦

第三章 基片集成波导结构

3.1基片集成波导介绍

3.2 SIW结构分析

3.3 SIW结构参数

第四章 SIW-微带馈电巴伦设计

4.1基片集成波导-微带线馈电巴伦

4.2微带槽线馈电巴伦

4.3两种馈电巴伦的性能比较

4.4 SIW-微带馈电巴伦实测

第五章 基于SIW-微带馈电巴伦的Vivaldi天线设计

5.1基于基片集成波导-微带馈电巴伦的Vivaldi天线设计

5.2基于传统微带-馈电巴伦的Vivaldi天线设计

5.3两种馈电巴伦下天线特性对比分析

5.4基于SIW-微带巴伦馈电的Vivaldi天线实测

5.5小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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