【摘 要】
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2021年5G发展迎来喷井之年,信息数据爆炸式发展,智能终端数量指数级增长,各类无线通信研究向毫米波频段进军,以5G为代表的新兴技术在不断构建社会、经济、产业的新格局。电磁偶极子天线（magneto-electric dipole antenna,ME）具有宽带、高增益、较好交叉极化和前后比等优点,E面和H面具有相似形状的方向图,在无线通信系统中有广泛的应用,是5G毫米波通信具有很大发展潜力的天线
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2021年5G发展迎来喷井之年,信息数据爆炸式发展,智能终端数量指数级增长,各类无线通信研究向毫米波频段进军,以5G为代表的新兴技术在不断构建社会、经济、产业的新格局。电磁偶极子天线（magneto-electric dipole antenna,ME）具有宽带、高增益、较好交叉极化和前后比等优点,E面和H面具有相似形状的方向图,在无线通信系统中有广泛的应用,是5G毫米波通信具有很大发展潜力的天线类型。集成基片间隙波导（Integrated Substrate Gap Waveguide,ISGW）作为一种低损耗、易集成、封装效果好的新型波导结构在阵列天线设计中具有独特优势。而具有端射方向图的天线在5G环境中更加适用,尤其是移动终端等各种智能设备。因此研究适用于毫米波频段具有端射特性的天线具有很大的实用价值。本文基于ISGW结构设计三维端射型电磁偶极子天线:（1）设计基于新型ISGW馈电的三维结构端射型ME单天线。改进传统平面电磁偶极子馈电方式,以垂直T型馈线构造环形天线,等效为磁偶极子,水平贴片作为电偶极子。采用ISGW结构封装的微带线以垂直馈电方式,实现了三维结构的端射型ME单天线,具有宽带、高增益和较好交叉极化和辐射方向图等性能。实验仿真结果显示,工作带宽21.8～30.4GHz（相对带宽32.6%）,9d Bi的稳定平坦高增益,增益波动小于1.1d Bi,交叉极化小于-28d B,天线前后比大于23d B,具有很好的端射特性,整体尺寸18×16.8×12mm~3,结构简单、小型化、易于集成。该天线在毫米波通信中具有很大优势。（2）设计基于集成基片间隙波导的4端口和8端口馈电网络。基于ISGW结构封装的T型结功分器,采用多级阻抗匹配和切角方式,分形拓展设计3级功分器,设计满足天线带宽要求的功分器性能。最后整合形成4端口和8端口馈电网络,带宽范围分别为:22.8～30.7GHz和23.7～30.2GHz,插入损耗和相位差较小,S参数性能稳定,尺寸为50.4×35×1.549mm~3和88.8×35×1.549mm~3,该馈电网络具有小型化、集成化、低损耗、易加工的优点。（3）设计基于集成基片间隙波导的三维端射型电磁偶极子阵列天线。在所设计的单天线和多端口馈电网络基础之上,按照阵列天线原理,采用均匀直线阵,设计三维结构集成基片间隙波导电磁偶极子4阵列和8阵列天线。分别实现了31.5%和34.6%的相对带宽,14d Bi和18d Bi的稳定平坦高增益,最高增益为14.3d Bi和18.54d Bi,增益波动小于1d Bi,具有较好交叉极化特性和方向性,整体尺寸分别为50.4×35×16mm~3和88.8×38.4×16mm~3。最后总结归纳了基于ISGW结构该类阵列天线的设计流程。
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