基于单层PCB工艺的基片集成镜像介质波导天线研究

摘要

现代无线系统逐步向低剖面、小型化以及集成化等方向发展，这就对应用于其中的传输线提出了新的要求。传统的传输线如矩形波导、同轴线以及介质波导等由于其三维结构，难以满足低剖面要求，而微带线、共面波导等平面传输线由于Q值较低，难以达到高效率。 基片集成镜像介质波导（Substrate Integrated Image Guide,SIIG）是由镜像介质波导为原型演变而来的平面传输线，因此它能同时满足高Q值和低剖面的要求。作为一种开放结构的波导，它的波导波长相对较小，遇到不连续性时易于产生辐射，因此适合于作为天线馈线。目前SIIG面临的主要问题是其加工过程较为复杂，成本较高，难以进行大规模生产，而采用单层PCB工艺实现SIIG是这个问题的一个解决方案。 本文的主要工作就是从SIIG的原理入手，对基于单层PCB工艺的SIIG的传输线及其馈电结构进行深入研究，并且进一步将这种结构应用于天线小型化的方向上。根据应用指标要求，实现具有不同性能的小型化天线。本文的主要内容分为传输线设计以及天线设计两部分。第一部分主要包括以下内容： 首先，从理论出发分析了SIIG的结构以及其基本原理，进而提出了采用单层PCB工艺的SIIG。由于其与传统SIIG相比具有特殊性，因此文中针对这种SIIG传输线进行了讨论，并在此基础上设计了一个工作在Ku频段的基于单层PCB工艺的传输线。随后，提出了一种采用同轴探针馈电的平面过渡结构，使SIIG传输线可以应用于平面集成系统中。最后，对设计实物进行了加工和测试，实验结果于仿真结果基本吻合，证明了采用单层PCB工艺加工SIIG结构的可行性。 天线设计主要包含以下内容： 首先，这一部分对漏波天线的基本原理进行了介绍，从而阐明了以SIIG传输线为馈线的漏波天线具有小型化、高效率的优势。随后，开展基于SIIG漏波天线的赋形研究。结合SIIG自身性能特点说明了这种天线赋形的优势，从而以此设计出了具有小型化、高效率以及低副瓣性能的垂直线极化漏波天线阵列，并完成了它的加工以及测试，结果表明本文所设计的漏波天线以较短的阵列长度实现了低副瓣和高增益，即它们具有小型化的优势。最后，根据SIIG传输线的场分布特性，对原有的贴片辐射单元进行改进，提出了一种新形式的水平极化SIIG单元，进一步缩小了单元间距。同样将这种单元应用于阵列赋形中，进而设计了辐射水平线极化波的小型化SIIG低副瓣天线阵列。将所设计的天线加工实现并进行实物测试，其实测结果表明这种水平线极化漏波天线以短长度实现了低副瓣、高效率的特性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2国内外研究历史和现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 基片集成镜像介质波导理论

2.1 镜像介质波导

2.1.1 镜像介质波导结构

2.1.2 镜像介质波导分析

2.2 基片集成镜像介质波导

2.2.1 基片集成镜像介质波导结构

2.2.2 基片集成镜像介质波导数值分析方法

2.2.3 基片集成镜像介质波导主要参数

2.3 基于单层PCB工艺的基片集成镜像介质波导

2.3.1 基于单层PCB工艺的基片集成镜像介质波导结构特点

2.3.2 基于单层PCB工艺的基片集成镜像介质波导改进方法

2.4 基片集成镜像介质波导激励结构

2.4.1 常见激励结构

2.4.2 基于单层PCB工艺的探针馈电结构

2.5 传输线设计及结果

2.6 本章小结

第三章 基片集成镜像介质波导漏波天线

3.1 漏波天线介绍

3.1.1 漏波天线基本原理

3.1.2 周期性漏波天线

3.1.3 基片集成镜像介质波导漏波天线

3.2小型化高效率低副瓣垂直极化漏波天线

3.2.1 指标要求

3.2.2阵列设计

3.2.3单元设计及特性参数提取

3.2.4阵列赋形

3.2.5仿真及测试

3.3小型化低副瓣水平极化漏波天线

3.3.1 水平线极化单元

3.3.2 指标要求

3.3.3 低副瓣阵列设计

3.3.4 仿真及测试

3.4 本章小结

第四章 全文总结与展望

4.1 研究内容总结

4.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果