一种高增益缝隙定向天线设计

摘要：为实现高增益低旁瓣的定向天线，设计了一种采用介质基片集成波导实现缝隙天线阵，并在辐射缝隙两边增加扼流槽，与传统的介质基片集成波导相比，大幅增加了带宽。最后实现了一介质基片集成波导天线阵，其带宽增加了8%,实际测试表明该天线具有高增益，低旁瓣，达到了设计要求。

　　介质基片集成波导实现缝隙天线阵是针对以往采用波导型材实现天线开缝的方法所提出的。使用印刷电路中常用的金属化过孔的方法，用两排较为密集的金属过孔将聚四氟乙烯微带板（双面覆铜板）的上下两层铜皮连接在一起。此时在两排过孔与上下两层铜皮之间能够导行电磁波，其模式为类似于矩形波导中的TE10模，而不是TEM波。介质板的上下两层金属层等效为矩形波导的两宽边，而两排金属过孔形成矩形波导的窄壁。对于微带板，如果孔和孔之间的距离比较近，就可以将孔之间的空隙看成是波导窄壁上垂直于传播方向的缝隙。这种缝隙不会影响TE10模传播，也不会向外辐射。因此可以用这种方法在微带板上实现矩形波导的功能。

　　1 天线设计

　　微带板结构如图1所示。

图1 微带板结构图

　　与矩形波导相比，介质基片集成波导具有以下优点：1）加工简便，成本低廉；2）体积小，集成度高；3）易于和平面微波电路连接；4）与铜质波导相比重量轻。

　　与微带贴片天线相比，介质基片集成波导的损耗小，Q值高，能够实现高性能的天线和滤波器。

　　对于平板缝隙天线阵，扁波导缝隙天线的带宽较窄，且波导的高度越低带宽越窄。另外辐射波导的带宽还和缝隙所处的外环境有关，即辐射波导之间的耦合有关。孤立缝隙的带宽较宽，而组阵后带宽较窄。而且当单元间距越小，耦合越强时，辐射波导能够获得较大的带宽。因此波导缝隙天线的带宽主要由2个因素决定：1）波导的高度。2）缝隙所处的外部电磁环境。

　　在辐射波导两测布置扼流槽可以扩展带宽，如图2所示。图中扼流槽的各部分尺寸，单位为mm.由于介质波导（SIW）的宽度为24 mm,而辐射波导的间距为40 mm,所以每各辐射波导两侧都仅有8 mm空间，必须将扼流槽折叠。在折叠后，扼流槽的尺寸都是仿真计算的，以保证从扼流槽的开口向里看是等效开路。图3是加扼流槽后天线反射系数仿真结果。

图2 带有扼流槽的缝隙天线截面图

图3 天线反射系数