一種高增益縫隙定向天線設(shè)計

摘要：為實現(xiàn)高增益低旁瓣的定向天線，設(shè)計了一種采用介質(zhì)基片集成波導(dǎo)實現(xiàn)縫隙天線陣，并在輻射縫隙兩邊增加扼流槽，與傳統(tǒng)的介質(zhì)基片集成波導(dǎo)相比，大幅增加了帶寬。最后實現(xiàn)了一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)天線陣，其帶寬增加了8%,實際測試表明該天線具有高增益，低旁瓣，達到了設(shè)計要求。

　　介質(zhì)基片集成波導(dǎo)實現(xiàn)縫隙天線陣是針對以往采用波導(dǎo)型材實現(xiàn)天線開縫的方法所提出的。使用印刷電路中常用的金屬化過孔的方法，用兩排較為密集的金屬過孔將聚四氟乙烯微帶板（雙面覆銅板）的上下兩層銅皮連接在一起。此時在兩排過孔與上下兩層銅皮之間能夠?qū)须姶挪?，其模式為類似于矩形波?dǎo)中的TE10模，而不是TEM波。介質(zhì)板的上下兩層金屬層等效為矩形波導(dǎo)的兩寬邊，而兩排金屬過孔形成矩形波導(dǎo)的窄壁。對于微帶板，如果孔和孔之間的距離比較近，就可以將孔之間的空隙看成是波導(dǎo)窄壁上垂直于傳播方向的縫隙。這種縫隙不會影響TE10模傳播，也不會向外輻射。因此可以用這種方法在微帶板上實現(xiàn)矩形波導(dǎo)的功能。

　　1 天線設(shè)計

　　微帶板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 微帶板結(jié)構(gòu)圖

　　與矩形波導(dǎo)相比，介質(zhì)基片集成波導(dǎo)具有以下優(yōu)點：1）加工簡便，成本低廉；2）體積小，集成度高；3）易于和平面微波電路連接；4）與銅質(zhì)波導(dǎo)相比重量輕。

　　與微帶貼片天線相比，介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的損耗小，Q值高，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的天線和濾波器。

　　對于平板縫隙天線陣，扁波導(dǎo)縫隙天線的帶寬較窄，且波導(dǎo)的高度越低帶寬越窄。另外輻射波導(dǎo)的帶寬還和縫隙所處的外環(huán)境有關(guān)，即輻射波導(dǎo)之間的耦合有關(guān)。孤立縫隙的帶寬較寬，而組陣后帶寬較窄。而且當(dāng)單元間距越小，耦合越強時，輻射波導(dǎo)能夠獲得較大的帶寬。因此波導(dǎo)縫隙天線的帶寬主要由2個因素決定：1）波導(dǎo)的高度。2）縫隙所處的外部電磁環(huán)境。

　　在輻射波導(dǎo)兩測布置扼流槽可以擴展帶寬，如圖2所示。圖中扼流槽的各部分尺寸，單位為mm.由于介質(zhì)波導(dǎo)（SIW）的寬度為24 mm,而輻射波導(dǎo)的間距為40 mm,所以每各輻射波導(dǎo)兩側(cè)都僅有8 mm空間，必須將扼流槽折疊。在折疊后，扼流槽的尺寸都是仿真計算的，以保證從扼流槽的開口向里看是等效開路。圖3是加扼流槽后天線反射系數(shù)仿真結(jié)果。

圖2 帶有扼流槽的縫隙天線截面圖

圖3 天線反射系數(shù)