近几十年来,微带线、共面波导等传输线在微波低频段取得了充分的发展与大规模的运用。但是在毫米波频段,微带传输线有较为明显的缺点,一是频率上升时避免高次模的出现而采用更薄的基板和更窄的微带线,从而使传输线的损耗加大;二是固有的开放结构在不连续处有寄生辐射,使得损耗加大;三是存在传输线之间的干扰以及周围环境的电磁兼容隐患。故而,传统的金属波导成为了毫米波频段的首选。
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技术由东南大学吴柯教授以及洪伟教授课题组首先提出并深入研究,产生了大量具有研究和实用价值的成果。基片集成波导在覆盖有金属表面的介质基板中嵌入金属化通孔来充当波导窄边。SIW在介质基片上可以拥有传统的金属波导传输特性,同时还有着低辐射、低插损、高Q值、高功率容量、小型化和容易连接等优点,并且可以使用成熟的PCB工艺进行制作,因此广泛的用于毫米波天线的研制。由于基片集成波导低损耗、自封闭的特性,使得基于基片集成波导的毫米波天线和阵列获得了广泛的发展。基于基片集成波导的毫米波天线以基片波导作为馈电结构,对顶层的辐射机构进行电磁激励耦合。在此结构上的天线和阵列实现了高增益、宽带、串馈、圆极化等出色性能。
双频带天线及其阵列的出现满足了人们对现代无线通信功能多样化的需求,具有传统天线阵列所不具备的优点和广阔的发展前景。在5G的应用中,具有多频段特性的天线能够使得设备更加紧凑从而适用范围更广,但是在毫米波频段,给多个独立天线馈电的复杂网络会产生额外的损耗。多频带天线技术成为了一个亟待解决和实现的技术。目前实现双频天线阵列的方法主要有三种。一是复合双频天线阵列,即由两个工作在不同频率的独立天线组合而成,优点是各频段的天线单元可分别设计,单元形式可任意选择,灵活性高,但是否适用取决于单个天线的结构。二是基于双频单元的天线阵列,即组成天线的阵元本身具有双频工作的特性,优点是结构简单,但大多数天线的工作频率不能够随意的调节,灵活性相对较差。
传统毫米波天线和阵列存在窄带宽、馈电网络损耗大、体积大和加工复杂成本高等问题。因此,研究高增益、宽带宽、低损耗和低成本的基于基片集成波导的毫米波天线阵具有重要的理论意义和应用价值。基片集成波导完全集成于介质基片中,它具有与矩形波导相类似的传输特性,因此利用基片集成波导缝隙阵列天线一方面继承了传统矩形金属波导缝隙阵列天线的优点,同时克服了传统矩形金属波导的固有缺陷,能够将阵列天线和微波毫米波电路集成于同一块介质基片中,并可以利用传统的 PCB 加工技术实现,设计成本和生产成本比较低廉,因此很适用于高频微波毫米波系统的设计。
双频带天线及其阵列的出现满足了人们对现代无线通信功能多样化的需求,具有传
统天线阵列所不具备的优点和广阔的发展前景。在5G的应用中,具有多频段特性的天线能够使得设备更加紧凑从而适用范围更广,但是在毫米波频段,给多个独立天线馈电的复杂网络会产生额外的损耗。多频带天线技术成为了一个亟待解决和实现的技术。目前实现双频天线阵列的方法主要有三种。一是复合双频天线阵列,即由两个工作在不同频率的独立天线组合而成,优点是各频段的天线单元可分别设计,单元形式可任意选择,灵活性高,但是否适用取决于单个天线的结构。二是基于双频单元的天线阵列,即组成天线的阵元本身具有双频工作的特性,优点是结构简单,但大多数天线的工作频率不能够随意的调节,灵活性相对较差。
天线阵元是天线阵列中最重要的单元。文献[1]中采用了单贴片开槽的方法来实现一个能双频工作的阵元从而组成双频天线阵列,其在一个完整的贴片上按规则刻蚀一定的形状,使原本完整的贴片变为不规则的贴片,在槽口边缘可激发多个谐振模,实现双频工作。在设计中,能量由下层基板通过中间金属层的开槽耦合到上层介质基板,激发位于顶部的H形贴片。H形贴片在28GHz和38GHz时分别具有与原本独立天线基本一致的表面电流,故而实现双频工作模式。该方法利用简单的结构实现了天线的双频工作。
在微波和射频电路中,需要将输入的激励信号按照一定比例关系输送至多个分支,这就需要功率分配器。常见的功分器有威尔金森功分器,波导,魔T等。文献[4]中实现了8times;8的全并馈圆极化天线阵列。该天线阵列利用底层的基于SIW的16路功率分配馈电网络对上层的8times;8缝隙天线进行耦合馈电。最后利用中间金属层的开槽,对上层进行馈电,实现对螺旋天线的激励。而文献[4]采用了星形4路功分器,相对于树状功率分配器尺寸偏大,该功率分配器操作简便体积紧凑。
1. P. Liu, X. Zhu, Y. Zhang, et al. Patch antenna loaded with paired shorting pins and H-shaped slot for
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