【摘要】：為了滿足當前信息社會對無線電頻譜資源的迫切需求,現(xiàn)代通信、雷達、制導及導航等系統(tǒng)的工作頻率已逐步由微波頻段擴展到毫米波頻段,并且其集成度越來越高,體積越來越小,這就對天線的小型化提出了更高的要求。低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)憑借其多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢為毫米波天線實現(xiàn)小型化提供了技術(shù)支撐,采用LTCC技術(shù)制成的毫米波天線具有高集成度、體積小、重量輕、成本低、使用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點。目前,LTCC天線已成為國內(nèi)外研究熱點課題之一。本論文研究的主要內(nèi)容包括:1.基于LTCC技術(shù)的喇叭型微帶天線研究利用傳輸線模型分析了LTCC縫隙耦合貼片天線的輻射機理,并分析了各個設(shè)計參數(shù)對天線性能的影響。針對微帶天線增益較低的缺點,提出了采用層疊矩形環(huán)來模擬喇叭天線的輻射進而提高微帶天線增益的方法。利用LTCC的多層技術(shù),設(shè)計了一個喇叭型微帶天線,在傳統(tǒng)微帶貼片天線的上方增加層疊的逐漸張開的矩形環(huán)作為引向器來引導電磁波向邊射方向輻射。分析表明通過合理選取寄生環(huán)的尺寸及位置,能夠使得電磁波經(jīng)過多次反射后,在邊射方向上相互疊加,在反方向上相互抵消,從而有效地提高了天線的增益。實驗結(jié)果表明,該天線在36.7GHz的中心頻率上獲得了8.1dBi的較高增益(包含了饋電部分的損耗),比單個貼片天線的增益提高了3dB左右。相比于常用的采用平面陣列天線來提高增益的方式,這種方法可以大大減小天線的體積。2.基于LTCC技術(shù)的多層寄生貼片天線研究針對微帶天線帶寬窄及增益相對較低的缺點,提出了采用V型寄生貼片或E型寄生貼片來同時改善微帶天線帶寬和增益的方法。在LTCC多層基板上分別設(shè)計了一個V型寄生貼片天線和一個E型寄生貼片天線。V型寄生貼片天線采用呈V字形張開的層疊寄生貼片作為引向器來引導電磁波進行定向輻射,從而提高天線的增益;同時,寄生貼片自身與地面也形成諧振腔,其諧振頻率與主輻射貼片的諧振頻率相互靠近時,兩個諧振帶寬相互交叉,從而展寬了天線的帶寬。E型寄生貼片天線則在主輻射貼片的上方增加四個E型寄生貼片,寄生貼片一方面作為引向器引導電磁波進行定向輻射來提高天線增益,另一方面,寄生貼片上的縫隙使得寄生貼片上的電流路徑加長,對應(yīng)的諧振頻率降低。該諧振頻率與主輻射貼片的諧振頻率相互靠近時,天線的帶寬也得到了展寬。實驗結(jié)果表明,V型寄生貼片天線獲得了16%的相對帶寬,并在中心頻率35GHz處實現(xiàn)了8dBi的增益;E型寄生貼片獲得了28%的相對帶寬,帶寬內(nèi)各頻點的增益均大于6dBi,在36GHz處獲得最大值7.1dBi。以上面兩種天線為陣元,分別設(shè)計了一個二元E型寄生貼片天線陣、一個四元V型寄生貼片天線陣以及一個八元低副瓣波束掃描陣,這些天線陣也都獲得了較寬的帶寬和較好的輻射性能。3.基于LTCC技術(shù)的高性能準八木天線研究針對傳統(tǒng)八木天線帶寬窄、不易集成并且很難應(yīng)用在微波毫米波頻段的特點,提出了兩種采用多層結(jié)構(gòu)的引向單元來提高準八木天線輻射性能的方法。利用LTCC的多層技術(shù),在毫米波頻段分別設(shè)計了一個準八木振子天線和一個準八木環(huán)形天線。這兩種準八木天線的引向器都是多層結(jié)構(gòu)的,可以獲得比平面準八木天線的引向器更好的引向作用,從而使準八木天線在端射方向上獲得了更高的增益。4.基于LTCC技術(shù)的同層過渡研究針對垂直過渡經(jīng)常出現(xiàn)通孔錯位而引入較大傳輸損耗的缺點,提出了兩種結(jié)構(gòu)新穎的同層過渡結(jié)構(gòu)對天線進行饋電,提高了天線設(shè)計的可靠性。采用微帶線到帶狀線的同層過渡結(jié)構(gòu)對喇叭型微帶天線進行饋電,采用微帶線到共面帶狀線的同層過渡(同時起到了巴倫的作用)對多層準八木天線饋電。這兩個過渡具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶寬以及損耗低等優(yōu)點,這非常有利于實現(xiàn)小型化、高性能的LTCC天線。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN822
，

本文編號：2294016