【摘 要】
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随着现代无线技术的迅速发展,相控阵天线可以根据需求调整高增益波束方向或形成特殊的波束形态,这对于毫米波通信（5G/6G）、雷达、成像和探测等领域具有很高的应用价值。特别是宽带、宽角度扫描的相控阵天线已经成为当下研究热点。基片集成脊波导是近年来提出的一种结合了基片集成波导和脊波导优点的新型波导结构,可以在PCB和LTCC等平面电路加工工艺上实现,具有尺寸小、易集成、低成本和低损耗等特点。本文针对5G
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随着现代无线技术的迅速发展,相控阵天线可以根据需求调整高增益波束方向或形成特殊的波束形态,这对于毫米波通信（5G/6G）、雷达、成像和探测等领域具有很高的应用价值。特别是宽带、宽角度扫描的相控阵天线已经成为当下研究热点。基片集成脊波导是近年来提出的一种结合了基片集成波导和脊波导优点的新型波导结构,可以在PCB和LTCC等平面电路加工工艺上实现,具有尺寸小、易集成、低成本和低损耗等特点。本文针对5G毫米波频段（24.25-29.5GHz）,基于基片集成脊波导缝隙天线列子阵设计了三种相控阵天线,并分析了不同形式的基片集成脊波导缝隙天线的辐射特性,以及不同馈电网络对天线整体性能的影响,所设计的天线具有带宽宽、扫描角宽、结构简单、易集成等优点。本文的具体研究内容如下:1、基于PCB工艺的高隔离度共线缝隙相控阵天线:由金属带和金属化过孔等效下脊的基片集成脊波导结构具有宽带、小横截面尺寸的特性,在其表面开缝实现基于脊波导的缝隙天线阵。采用中线共线缝隙,并将脊弯折成弯曲的形式扰流实现辐射,由此可实现低交叉极化脊波导缝隙天线列子阵。在此基础上,将1×4元列子阵在E面（扫描面）等间距分布组成4元阵列,阵间距0.530,在阵元间添加由介质通孔等效的扼流槽改善端口隔离度。仿真显示,该4×4元天线阵列阻抗带宽11%,阵列峰值增益达到13.7d Bi,阵列端口隔离度16d B以下,整个频带内能实现±50°以上的扫描。测试与仿真基本吻合。2、基于LTCC工艺的宽带高增益相控阵天线:串并结合的馈电网络具有宽带、低损耗的传输特性,由基片集成波导缝隙耦合馈电上层脊波导缝隙天线,展宽了天线的阻抗带宽。在非扫描面添加缝隙,有效地增大了辐射口径提高列子阵增益,由此实现宽带、高增益的脊波导缝隙天线列子阵。在此基础上,将1×8元列子阵在E面（扫描面）等间距分布组成4元阵列,阵间距0.460,在阵元间加隔离槽和由周期性排列的金属化过孔等效的金属墙改善耦合,提高扫描性能。仿真显示,该4×8元天线阵列阻抗带宽20%,带内增益均高于15d Bi以上,阵列端口隔离度15d B以下,整个频带内能实现±55°以上的扫描。测试与仿真基本吻合。3、基于LTCC工艺的低交叉极化共线缝隙宽角扫描相控阵天线:采用中线共线缝隙,并保持天线整体结构的对称性来降低阵列的交叉极化;在缝隙两侧添加金属墙降低口径效率有效地展宽单元波束宽度,由此可实现低交叉极化宽有源波束宽度脊波导缝隙列子阵。在此基础上,将1×4元列子阵在E面（扫描面）等间距分布组成4元阵列,阵间距0.40。仿真显示,该4×4元天线阵列阻抗带宽20%,阵列峰值增益达到13.7d Bi,整个频带内能实现±60°以上的扫描。测试与仿真基本吻合。
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