【摘 要】
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波导缝隙天线具有高效率、高功率容量的特点,其全金属的结构使其机械强度高,性能稳定且便于携带,适用于许多复杂的应用环境,如自然灾害后的现场,复杂天气或战场环境等。波导缝隙天线还具有低剖面,易共形的优点,这使从抛物面天线和喇叭天线等同样具有高增益、高效率特点的大尺寸天线中脱颖而出。然而波导缝隙阵列天线通常其带宽较窄（相对带宽约为5%）,这限制了它的应用场景。工作带宽对于现代通信网络来说也是十分重要的指
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波导缝隙天线具有高效率、高功率容量的特点,其全金属的结构使其机械强度高,性能稳定且便于携带,适用于许多复杂的应用环境,如自然灾害后的现场,复杂天气或战场环境等。波导缝隙天线还具有低剖面,易共形的优点,这使从抛物面天线和喇叭天线等同样具有高增益、高效率特点的大尺寸天线中脱颖而出。然而波导缝隙阵列天线通常其带宽较窄（相对带宽约为5%）,这限制了它的应用场景。工作带宽对于现代通信网络来说也是十分重要的指标。因此,为适应现代化的通信系统,拓展波导缝隙天线的带宽,同时赋予其低副瓣的辐射性能以使其适应复杂的电磁环境成了本文的研究课题。首先,本文基于传统的谐振式波导缝隙天线结构,进行宽带低副瓣阵列天线的实现。在传统驻波式波导缝隙天线的基础上,在辐射波导的内部加载二阶的短路窄边壁的金属阶梯,同时为进一步拓展天线带宽,参考了喇叭天线的宽带原理,引入到缝隙天线的缝隙上,利用双层缝隙结构,以达到扩展带宽的目的。最终实现的加载二阶金属阶梯双层缝隙阵列天线实现了反射系数|S11|＜-10d B的相对带宽为16.3%,覆盖35.35～41.55 GHz的频段,同时在整个工作频带内都获得低于-20 d B的副瓣电平,具有优异的天线性能。而后,本文基于双层空腔的单元子阵天线结构,在220 GHz的中心频点处设计了宽带的波导缝隙阵列天线。在符合制造工艺要求的前提下,采用多层金属板进行天线单元的设计。天线利用双层空腔的子阵天线单元,结合全并联馈电网络结构实现了宽带的16×16阵列天线,天线覆盖205 GHz～235 GHz的工作频带（|S11|＜-10 d B|）,相对带宽约为13.6%,而|S11|＜-12 d B的工作频带覆盖了206-232.8 GHz（约12.27%）,天线增益在带宽内皆大于32 d Bi。最后,为了实现天线的低副瓣辐射性能,本文介绍了两种设计思路设计馈电网络。一种是均匀馈电不均匀间距分布设计方法;另一种是不均匀馈电均匀间距分布设计方法。本文经过讨论,选择了适合于本文所选的单元天线的设计方法,为不均匀馈电均匀间距分布的设计方法,这种方法可以在只调整馈电网络的结构下实现天线辐射方向图的低副瓣电平。最终,经过对功分结的调整设计,使天线馈电网络符合二维的切比雪夫分布,从而同时实现天线在E平面和H平面的低副瓣。该多层空腔波导缝隙阵列天线实现了反射系数|S11|＜-10d B的相对带宽为11.9%,覆盖204～229.5 GHz频段,同时天线在E平面和H平面内的副瓣电平皆低于-18.2 d B,工作频段内的增益大于32 d Bi。中心频点220 GHz处的实际增益为32.7 d Bi,天线在E平面和H平面内的副瓣电平为-19.6 d B和-20.7 d B,天线的交叉极化电平处于-60 dB之下。
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