平面喇叭天線的研究與應(yīng)用.pdf

1、喇叭天線是微波天線家族中最經(jīng)典、最簡單、最廣泛使用的天線之一。隨著現(xiàn)代微波毫米波電路與系統(tǒng)的不斷發(fā)展，要求其體積小型化、重量輕量化以及成本低廉化等，然而傳統(tǒng)三維金屬壁喇叭天線由于體積龐大、重量笨重以及不易集成等因素，限制了喇叭天線在現(xiàn)代微波毫米波電路與系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展。隨著二十一世紀(jì)初基片集成波導(dǎo)技術(shù)的提出和發(fā)展，喇叭天線得以以平面形式在普通印刷電路板上實(shí)現(xiàn)，即基片集成喇叭天線，基片集成喇叭天線具有增益高、功率容量高、損耗小、體積小、

2、重量輕、加工制作工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且可以與有源電路集成在一整塊電路板上，使得整個(gè)微波毫米波系統(tǒng)小型化、一體化。
　　但是目前基片集成喇叭天線還存在一些問題亟需解決，如:天線口徑面上的相位分布不均勻，導(dǎo)致喇叭天線口徑效率低，增益低等;其次電薄基片的基片集成喇叭天線的匹配和輻射特性較差;另外現(xiàn)有的基片集成喇叭天線的極化方向只能產(chǎn)生垂直方向的極化波;再就是現(xiàn)有基片集成喇叭作為陣列天線的平面饋電結(jié)構(gòu)，為了保證適當(dāng)?shù)酿侂娤辔?，需?/p>

3、在基片集成喇叭天線口徑外側(cè)使用額外結(jié)構(gòu)。針對(duì)上述問題，本論文的主要工作如下:
　　1)提出了金屬化過孔陣列和間隙波導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu)用于矯正基片集成喇叭天線口徑上的相位分布的不均勻，提高口徑效率和天線增益。金屬化過孔陣列相位矯正法是在基片集成喇叭天線內(nèi)部內(nèi)嵌多排金屬化過孔的陣列，借助基片集成波導(dǎo)中電磁波相位速度與基片集成波導(dǎo)的寬度的關(guān)系，通過改變金屬化過孔陣列的位置和長度，控制基片集成喇叭天線內(nèi)部的電磁波的傳輸速度，使得電磁波最終同相地到

4、達(dá)喇叭的口徑面;間隙波導(dǎo)相位矯正法是利用不對(duì)稱間隙基片集成波導(dǎo)的相位特性，采用多個(gè)不對(duì)稱間隙，使所有電磁波同相到達(dá)喇叭的口徑面。這兩種相位矯正結(jié)構(gòu)不僅可以矯正天線口徑面上的相位分布，而且還可以控制天線口徑面上的幅度分布，這兩種相位幅度較正技術(shù)都可以提高增益2 dB到3 dB。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅可大大提高基片集成喇叭天線的效率、增益等性能指標(biāo)，更重要的是這些相位幅度矯正結(jié)構(gòu)都是位于基片集成喇叭天線的內(nèi)部，不會(huì)額外增加基片集成喇叭天線的體積

5、尺寸，可以保持其緊湊的結(jié)構(gòu)。
　　2)提出了一種水平極化的薄基片集成喇叭天線。該天線是在喇叭口徑上加載一種小型化的對(duì)跖線性漸變槽線陣列(ALTSA)，ALTSA能夠把喇叭天線的垂直極化轉(zhuǎn)變?yōu)樗綐O化，而且能夠改善薄基片基片集成喇叭天線的匹配。為了減少ALTSA的尺寸，在基片集成喇叭內(nèi)部嵌入了金屬化過孔陣列來引導(dǎo)饋電電流以合適的方向流向ALTSA陣元，可以使得ALTSA單元天線的縱向和橫向尺寸分別減小至0.19λ0和0.35λ0，而

6、且還可以同時(shí)矯正基片集成喇叭口徑面上的相位和幅度分布的均勻性，提高基片集成喇叭的口徑效率和增益。設(shè)計(jì)了一款加載了小型化的1×8 ALTSA的薄基片集成喇叭天線;此外，在水平極化薄基片集成喇叭天線的基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了1×8LTSA加載的垂直極化薄基片集成喇叭天線和1×8十字型LTSA加載的圓極化薄基片集成喇叭天線，拓展了基片集成喇叭天線在多極化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　3)基片集成喇叭饋電的平面天線陣列。應(yīng)用基片集成波導(dǎo)內(nèi)部的相位和幅度的矯

7、正結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)了三種基片集成喇叭饋電的1×8 ALTSA天線、1×8印刷對(duì)數(shù)周期偶極子陣列天線、1×8印刷準(zhǔn)八木陣列天線，該基片集成喇叭形式的平面饋電結(jié)構(gòu)相比于經(jīng)典的1×8基片集成波導(dǎo)功分器饋電結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)更加緊湊、損耗低、口徑效率和口徑利用率高，以及陣元個(gè)數(shù)靈活等優(yōu)勢(shì)。
　　上述工作在保持基片集成波導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)緊湊特點(diǎn)的同時(shí)，不僅改善和提高了天線的性能，而且還拓展了基片集成波導(dǎo)天線的功能，使之具有多種極化的特性。這些工作豐富了基