【摘 要】
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目前,基片集成技术作为一种新型导波集成技术,具有低成本、高性能、易于集成等优点,被广泛应用于微波和毫米波电路设计。随着第五代（5G）移动通信技术的发展,天线作为其中的关键组成部件,面临小型化、高性能和高工作频段的设计要求。本文运用基片集成技术,结合当前新出现的基片集成同轴线（SICL）技术,实现了一种可用于毫米波频段的半模基片集成同轴线（semi-SICL）的设计,通过实验验证了该技术应用于毫米波
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目前,基片集成技术作为一种新型导波集成技术,具有低成本、高性能、易于集成等优点,被广泛应用于微波和毫米波电路设计。随着第五代（5G）移动通信技术的发展,天线作为其中的关键组成部件,面临小型化、高性能和高工作频段的设计要求。本文运用基片集成技术,结合当前新出现的基片集成同轴线（SICL）技术,实现了一种可用于毫米波频段的半模基片集成同轴线（semi-SICL）的设计,通过实验验证了该技术应用于毫米波阵列天线的可行性;然后以5G通信标准中的SUB-6GHz频段为应用背景,实现了基于SICL技术的平面套筒天线创新设计;在结合小型化、平面化、宽带化套筒天线研究成果基础之上,拓展了上述SICL套筒天线的宽带化工作特性,并通过实验验证。本文的研究内容主要包括以下三个方面:1.半模基片集成同轴线的研究与设计运用基片集成同轴线技术,设计并实现了一种新型的半模基片集成同轴线;并根据传输线理论,推导了半模基片集成同轴线的特性阻抗与内导体宽度、介质基片厚度的关系。该传输线具有半封闭的结构,主模式为TEM模,并且谐振长度较SICL长,可采用传统PCB工艺制造。2.基于半模基片集成同轴线技术的Ka波段缝隙阵列天线设计以上述半模基片集成同轴线技术为基础,设计了一款Ka波段的4×8缝隙阵列天线,集成了馈电网络,纵向缝隙天线单元等基本辐射结构。天线中心频率为40GHz,E面和H面旁瓣电平分别为-20.8d B和-16.9d B,最大增益为19.28d Bi。实验结果验证了半模基片集成同轴线适用于毫米波缝隙阵列天线的可行性。3.基于基片集成同轴线技术的套筒天线的研究与设计以基片集成同轴线为馈电网络,单极子套筒天线为主要辐射单元,通过剥离部分SICL末端的外导体和金属化通孔,加入共面的接地金属短截线,实现了套筒天线小型化、平面化的创新设计。设计并实现了一款SUB-6GHz的SICL套筒天线（相对工作带宽70.9%）,具备良好的全向辐射特性。此外,还根据相关套筒天线研究成果,进一步提出了宽带化SICL套筒天线（相对工作带宽82.6%）,通过接入一对非接地的寄生振子,拓展工作带宽,同时不改变套筒天线原有的尺寸。实验结果表明,宽带化设计使得套筒天线工作带宽提升了12%,实验结果验证了该设计在拓展SICL套筒天线工作带宽方面的可行性。
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