一種高增益縫隙定向天線設計

摘要：為實現高增益低旁瓣的定向天線，設計了一種采用介質基片集成波導實現縫隙天線陣，并在輻射縫隙兩邊增加扼流槽，與傳統的介質基片集成波導相比，大幅增加了帶寬。最后實現了一介質基片集成波導天線陣，其帶寬增加了8%,實際測試表明該天線具有高增益，低旁瓣，達到了設計要求。

　　介質基片集成波導實現縫隙天線陣是針對以往采用波導型材實現天線開縫的方法所提出的。使用印刷電路中常用的金屬化過孔的方法，用兩排較為密集的金屬過孔將聚四氟乙烯微帶板（雙面覆銅板）的上下兩層銅皮連接在一起。此時在兩排過孔與上下兩層銅皮之間能夠導行電磁波，其模式為類似于矩形波導中的TE10模，而不是TEM波。介質板的上下兩層金屬層等效為矩形波導的兩寬邊，而兩排金屬過孔形成矩形波導的窄壁。對于微帶板，如果孔和孔之間的距離比較近，就可以將孔之間的空隙看成是波導窄壁上垂直于傳播方向的縫隙。這種縫隙不會影響TE10模傳播，也不會向外輻射。因此可以用這種方法在微帶板上實現矩形波導的功能。

　　1 天線設計

　　微帶板結構如圖1所示。

圖1 微帶板結構圖

　　與矩形波導相比，介質基片集成波導具有以下優點：1）加工簡便，成本低廉；2）體積小，集成度高；3）易于和平面微波電路連接；4）與銅質波導相比重量輕。

　　與微帶貼片天線相比，介質基片集成波導的損耗小，Q值高，能夠實現高性能的天線和濾波器。

　　對于平板縫隙天線陣，扁波導縫隙天線的帶寬較窄，且波導的高度越低帶寬越窄。另外輻射波導的帶寬還和縫隙所處的外環境有關，即輻射波導之間的耦合有關。孤立縫隙的帶寬較寬，而組陣后帶寬較窄。而且當單元間距越小，耦合越強時，輻射波導能夠獲得較大的帶寬。因此波導縫隙天線的帶寬主要由2個因素決定：1）波導的高度。2）縫隙所處的外部電磁環境。

　　在輻射波導兩測布置扼流槽可以擴展帶寬，如圖2所示。圖中扼流槽的各部分尺寸，單位為mm.由于介質波導（SIW）的寬度為24 mm,而輻射波導的間距為40 mm,所以每各輻射波導兩側都僅有8 mm空間，必須將扼流槽折疊。在折疊后，扼流槽的尺寸都是仿真計算的，以保證從扼流槽的開口向里看是等效開路。圖3是加扼流槽后天線反射系數仿真結果。

圖2 帶有扼流槽的縫隙天線截面圖

圖3 天線反射系數