带有辐射增强结构的毫米波窄边直线渐变微带缝隙天线研究

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1、带有辐射增强结构的毫米波窄边直线渐变微带缝隙天线研究关福宏孙晓玮(中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200051)摘要：本文主要设计了适用于阵列毫米波成像系统馈源的Ka波段宽频带直线渐变式微带缝隙天线。运用在天线辐射开口处加印刷偶极子的结构优化天线的辐射特性，采用皱褶边缘结构去除有限地平面的影响，设计出适合馈源阵列的长度36mm，总宽度10mm，边缘宽度仅为2.5mm的窄边直线渐变式微带缝隙天线。天线的中心频率35GHz，测试结果表明在10GHz频带范围内天线增益平坦、约为12dB，回波损耗小于-10dB。关键词：渐变缝隙天线馈源宽频带ResearchOnNarrowEdgesT

2、aperedSlotLineAntennaswithEnhancedRadiationStructureGuanFuhongSunXiaowei(ShanghaiInstituteofMicrosystem&InformationTechnologyofCAS,Shanghai,200050)1Abstract:thispaperperformsstudyofKa-bandplanetaperedslotline(TSL)antennaaimingatantennafeedarraysforMMWimagingradiometersystem.Dipoleintheslotstructu

3、reisaddedtooptimizetheradiationcharacteristicsandcorrugatededgesstructureisusedtooffsetthedegradedradiationpatternsofreducedsizeoftheTSLantenna.Anarrowedges,wide-bandplanarTSLantennawithalengthof36mm,awidthof10mmandtheedgewidthonly2.5mmisdesigned.Thecentreworkingfrequencyis35GHz.Measuredresultssh

4、owthisantennaachievesagainabout12dBin10GHzfrequencyrangeandthereturnlosslessthen-10dBKeywords:Taperedslotlineantenna，broadband;feedsource1引言渐变式微带缝隙天线的辐射原理与微带贴片、微带振子等不同,它属于端射式行波天线，具有频带宽、增益、方向性中等、低旁瓣、波束对称[1,2]等特点。同时因其在结构上属于平面天线，结构简单、重量轻，易于和射频集成电路集成、对加工精度要求低而具有成本低、容易实现的特点而越来越受到关注。基金项目：国家973项目(2009CB

5、320207)；国家自然科学基金项目(60771058)改进天线的辐射特性[3,4]方法有很多种，在不增大天线的物理面积的前提下，我们采用褶皱边缘和缝隙加偶极子的新型结构增强缝隙对电磁场的辐射能力，抑制有限地的影响。文献[5]采用了类似的方法，但是该文献中的缝隙天线较短，已不属于行波天线；而且，文中是将用于改善辐射特性的偶极子放在天线的辐射端口以外的位置，实际上相当于加长了天线的总长度，另外该文仅给出这种方法的仿真结果，并没有实际的测试结果。2改进的直线渐变微带缝隙天线改进后的渐进式缝隙天线的基本几何结构如图1所示。辐射缝隙中引入偶极子结构，天线的边缘采用周期褶皱结构，具体尺寸如表1所示

6、。（a）传统天线结构（b）改进后的天线结构图1渐进式平面缝隙天线结构表1Ka波段直线渐变式微带缝隙天线几何尺寸参数名称参数值参数名称参数值L（mm）36X1W（mm）5DS（mm）0.2D（mm）2.5DD（mm）2.5CW（mm）0.8DL（mm）2CL（mm）2.3DW（mm）0.23天线辐射特性分析3.1天线设计3.1.1渐变缝隙加偶极子结构偶极子的几何尺寸约为中心频率的对应的自由空间的四分之一波长，固定天线的W=5mm，L=36mm，D=2.5mm，CL=2.3，CW=0.8mm，X=1，中间缝隙DS=0.2mm、长度DL=2mm，扫描距离辐射端的距离Dis。偶极子在不同位置时的

7、天线辐射特性如图2所示，可见，在辐射缝隙中引入偶极子结构，将引起行波相速度的改变，恰当的选择偶极子的尺寸和位置，能使行波阻抗与自由空间中的波阻抗实现更好的匹配，从而使有效辐射能力增强，改善了天线的远场特性。（a）增益（b）前后比图2F=35GHz不同位置DD偶极子对应天线辐射特性3.1.2褶皱边缘结构为了得到较好辐射场，通常情况下，天线开口边缘距离基片的宽度D约为2，但是为了实现阵列应用，必须尽可能的减小D，因此确定D=2.5mm。