基于类梳状线基片集成波导的天线设计

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现代无线通信主要依靠高性能、多功能的天线系统。基片集成波导(SIW)这一概念的提出,对平面结构的集成产生了历史性的进步,更符合未来天线系统的发展需求。SIW因其独特的结构优势和电磁特性受到了广泛的关注,但由于金属化通孔的存在,增加制造成本和难度,使得天线结构不易与有源器件集成。近年来,学者们致力于探索SIW的改进结构,类梳状线基片集成波导(CSIW)结构的提出,就是为了消除打孔结构带来的弊端。CSIW采用开路的四分之一波长梳状枝节线代替金属通孔,简化了加工工艺,且整体传输特性与SIW相似。本文主要围绕CSIW结构,经过研究与讨论,设计了三款天线,主要成果如下:1、提出了一种基于弯折CSIW的H面喇叭天线。分析了常规SIW喇叭天线的设计理论和结构,分别对天线尺寸和相位矫正两方面进行改进。在口径处刻蚀矩形槽和加载金属柱阵列实现辐射改善,优化喇叭口径的相位分布,同时弯折的梳状线使得平面喇叭的尺寸不变。天线具有低剖面和较小的物理尺寸,采用微带线馈电并在喇叭内部进行改善,在喇叭天线与自由空间之间实现良好的阻抗匹配。2、提出了基于CSIW结构的波束扫描漏波天线,具有可重构特性。基础天线结构是通过在表面刻蚀矩形缝隙阵列实现漏波,在扫描时具有良好的阻抗匹配。接着分析单元结构的等效电路模型,在每个矩形缝隙上加载一组电容和二极管对天线进行改进,通过控制二极管的截止或导通,创建可重构单元。该天线的电调控制网络简单,通过调节直流偏置电压在固定频率点实现波束扫描,天线增益稳定,扫描范围宽。3、提出了基于CSIW的频率可重构天线,天线通过微带线耦合馈电。CSIW结构枝节线的电长度为截止频率下的四分之一波长,在天线两侧梳状开路线上加载PIN,通过控制二极管的状态配置来改变枝节线的电长度,使得谐振频率发生变化。四种状态配置下天线频率可调范围大,且不同配置时天线的增益和方向图基本保持一致,天线整体尺寸小,易于应用在微型通信系统。
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