一種高增益縫隙定向天線(xiàn)設計

摘要：為實(shí)現高增益低旁瓣的定向天線(xiàn)，設計了一種采用介質(zhì)基片集成波導實(shí)現縫隙天線(xiàn)陣，并在輻射縫隙兩邊增加扼流槽，與傳統的介質(zhì)基片集成波導相比，大幅增加了帶寬。最后實(shí)現了一介質(zhì)基片集成波導天線(xiàn)陣，其帶寬增加了8%,實(shí)際測試表明該天線(xiàn)具有高增益，低旁瓣，達到了設計要求。

　　介質(zhì)基片集成波導實(shí)現縫隙天線(xiàn)陣是針對以往采用波導型材實(shí)現天線(xiàn)開(kāi)縫的方法所提出的。使用印刷電路中常用的金屬化過(guò)孔的方法，用兩排較為密集的金屬過(guò)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(shí)在兩排過(guò)孔與上下兩層銅皮之間能夠導行電磁波，其模式為類(lèi)似于矩形波導中的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的兩寬邊，而兩排金屬過(guò)孔形成矩形波導的窄壁。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窄壁上垂直于傳播方向的縫隙。這種縫隙不會(huì )影響TE10模傳播，也不會(huì )向外輻射。因此可以用這種方法在微帶板上實(shí)現矩形波導的功能。

　　1 天線(xiàn)設計

　　微帶板結構如圖1所示。

圖1 微帶板結構圖

　　與矩形波導相比，介質(zhì)基片集成波導具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）加工簡(jiǎn)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)波導相比重量輕。

　　與微帶貼片天線(xiàn)相比，介質(zhì)基片集成波導的損耗小，Q值高，能夠實(shí)現高性能的天線(xiàn)和濾波器。

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

　　在輻射波導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（SIW）的寬度為24 mm,而輻射波導的間距為40 mm,所以每各輻射波導兩側都僅有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(kāi)口向里看是等效開(kāi)路。圖3是加扼流槽后天線(xiàn)反射系數仿真結果。

圖2 帶有扼流槽的縫隙天線(xiàn)截面圖

圖3 天線(xiàn)反射系數