二次曲线SIW宽带角锥喇叭天线的研究

摘要

随着无线通信和远距离探测技术的不断发展，对通信频段要求越来越高，在有限空间里安装多个天线即增加成本又浪费资源，因此宽带甚至超宽带天线设计已成为天线设计领域的一个重要研究方向，同时小型化、集成化已成为当今发展趋势,因此设计宽带小型化天线已成为热点。众所周知，波导结构在微波通信领域有着广泛的应用，传统喇叭天线具有较好的增益和方向性等优点，但其缺点也非常明显，那就是尺寸结构太大、剖面太高，限制了这种天线在高性能卫星通讯系统和雷达系统中的应用。而随着基片集成波导（SIW）技术的提出，使这个问题找到了解决的途径。这种新型传输线结合了传统波导的优点，并具有体积小、重量轻、易于集成等优势，随着这种传输线的提出，已有很多学者将这种技术应用在天线设计中，即基于基片集成波导的喇叭天线，本文就此提出了一种基于基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW)工作在X波段的新型角锥喇叭天线，采用电磁场仿真软件Ansoft HFSS15对所设计的天线进行仿真，结果表明该天线在8GHz～12GHz范围以内具有回波损耗优于-15dB。该天线具有体积小，宽频带，结构简单的优点。 本文主要内容如下 （1） 介绍了SIW的基本结构和工作原理。研究了其传输特性及对其传输性能的影响。并研究设计了一中微带-SIW的过渡结构，采取二次曲线匹配，缩短了匹配线长度。 （2） 要介绍了天线的几个重要参数，并且给出了角锥喇叭天线的基本理论知识，由此推导出来喇叭天线的增益以及方向图函数等基本公式。由喇叭天线的的基本理论研究了其喇叭张角对天线方向图以及增益等影响。 （3） 设计出基于SIW的角锥喇叭天线，在该天线的设计基础上提出了新的改进结构。通过采用二次曲线刮掉天线的介质板上的铜层来降低回波损耗，提出了在天线介质板表面开缝来改善传输线与喇叭口的匹配。设计出的工作带宽为8GHz—12GHz,整个频段内的回波损耗小于-15dB。 （4） 设计出基于SIW的宽带角锥喇叭天线。研究了不同切割缝隙的宽度以及切割长度对天线回波损耗以及增益的影响。

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