一種高增益縫隙定向天線設計

圖4所示為天線的正反面結構示意圖，正面所示為天線的輻射面，反面所示為天線的功分面。板材的介電常數(shù)為2.25,厚度為2 mm,該陣列包括8根輻射波導，每一根輻射波導上對稱的開有10個縫隙。輻射波導的饋電方式為從兩頭對稱的向中間饋電，這是與傳統(tǒng)的主線支線耦合饋電不同。

圖4 天線結構示意圖

　　為達到-20以下的旁瓣抑制要求，采用了海明加權，經(jīng)過優(yōu)化后的權值分布如表1所示。

表1 幅度權值分布

　　天線功分網(wǎng)絡設計，為了防止某個輻射波導的反射波通過饋電網(wǎng)絡耦合到其他輻射波導，影響其他輻射波導的激勵權值，保證整個陣列的加權系數(shù)精度，所以輻射波導的激勵端口之間需要隔離。為實現(xiàn)表1所列出的幅度權值，并且實現(xiàn)不同輻射波導之間的隔離，功率分配網(wǎng)絡由H-T型分支和窄邊耦合的定向耦合構成，功分網(wǎng)絡的結構主要是選擇并聯(lián)饋電形式，即用功分器結構為各個輻射波導饋電，保證天線的總饋點到各個輻射波導的路徑是一樣長的。

　　2 天線實物與測試結果

　　圖5是實際制作的平板縫隙天線的實物照片，整個天線的面積為：330 mmx330 mm.從圖中看出，天線一共包括8排輻射波導，每一排的輻射波導由過孔分為對稱的兩個波導，所以一共有16個輻射波導。每個波導的寬壁上開5個縫隙，同一波導上的縫隙尺寸各不相同，而不同波導上，相同位置的縫隙的尺寸是一致的。每兩排相鄰的波導之間，有額外設計的扼流槽，以提高帶寬。

圖5 天線實物圖

　　不同層的介質板用金屬螺釘緊固，保證天線的機械特性結實可靠，以及不同層敷銅的電氣接觸良好。

　　該天線的由位于功率分配網(wǎng)絡中心的50 Ω SMA接頭饋電，測量得到的端口反射系數(shù)如圖6（a）。天線具有良好的端口匹配特性。在5.5~5.9 GHz頻段，天線端口的反射系數(shù)都在-12 dB以下（VSWR1.6）。而天線的-10 dB帶寬更是達到了463 MHz（5.512~5.975 GHz），其相對帶寬為8.1%.對于厚度僅有2 mm的SIW波導，相對帶寬達到了8.1%.

　　天線方向圖見圖中6（b）（c）。平板縫隙天線旁瓣指標在H面內，旁瓣電平不超過-30 dB.在E面內，旁瓣電平也低于-25 dB.

圖6 天線反射系數(shù)和方向圖

　　3 結論

　　提出了基于介質板材的波導縫隙天線設計方案并加以實現(xiàn)。該設計方案的最大優(yōu)點就是能夠擴展平板波導縫隙天線陣尤其是薄波導縫隙陣的帶寬。采用此方法設計并實現(xiàn)了一個80陣元的高增益定向天線陣，并給出了實測結果，表明該天線具有高增益，定向性好，旁瓣低的特點，達到了設計要求。