基于基片集成波导技术的高增益天线研究

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1、硕士学位论文基于基片集成波导技术的高增益天线研究DESIGNANDANALYSISOFHIGHGAINDIRECTIONALANTENNABASEDONSIWTECHNOLOGY毕延迪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN822+.4学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文基于基片集成波导技术的高增益天线研究硕士研究生：毕延迪导师：林澍副研究员申请学位：工学硕士学科：电磁场与微波技术所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:TN822+.4U.D.C:621.38DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringDESIGNANDANALYSISOFHIGHGAINDIRECTIONALANTENNABASEDONSIWTECHNOLOGYCandidate：BiYandiSupervisor：AssociateProf.LinShuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Electr

3、omagneticFieldandMicrowaveTechnologyAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着信息社会发展的速度愈来愈快，越来越多的频段被陆续开放使用，各种无线通信的产品不再只是应用在军事国防领域，而是逐步的融入到我们的日

4、常生活中，人们对于小体积、重量轻、高可靠性的天线的需求越来越大。因此减小无线设备的体积和重量，同时提高其可靠性是微波毫米波天线发展的一个必然趋势。在这个趋势下，基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide，SIW）技术的应用的重要性则愈来愈大。针对目前对于小型化、低剖面、高增益的定向天线的要求，本文主要完成了以下设计工作：（1）设计了一种宽频带的低剖面的微带-SIW过渡结构，此结构在21.8-60GHz频带内反射系数

5、S11

6、小于-10dB，增益大于4dBi，极化方向尺寸约为0.

7、35λL，该结构为后续设计天线的基础。（2）设计了一种波导口前端加载介质板的SIW高增益定向天线，所提天线在25.3-45GHz反射系数

8、S11

9、基本上小于-10dB，带内增益在12dBi以上，最大增益为17dBi，方向图的主瓣宽度在26.3-37.5°之间变化，在极化方向的尺寸约为0.35λL。（3）设计一种前端加载H面扇形喇叭的SIW定向天线，该天线在25.1-40.2GHz频带范围内，输入端口的反射系数

10、S11

11、<-10dB，带内增益在6dBi以上，在极化方向的尺寸约为0.35λL。（4）设计了一种

12、前端加载喇叭及介质的SIW高增益定向天线，该天线采用厚度渐变型的微带-SIW过渡结构时，天线结构在25.9-64.5GHz频带内的反射系数都可以小于-10dB，其辐射方向图的主瓣宽度在24-37°之间变化，并且带内增益均在12dBi以上，带内最大增益为17dBi。当天线的微带-SIW过渡结构变为阶梯型过渡之后，天线在25.8-40.8GHz频带内，

13、S11

14、<-10dB，带内增益均在12dBi以上，带内最大增益为13.5dBi，天线的主瓣宽度在22.2-37°之间变化。其极化方向的天线尺寸约为0.35λL

15、。（5）设计了一种加载抛物柱面的SIW高增益定向天线，该天线在26.5-41.5GHz频带内

16、S11

17、<-10dB；带内增益均在12dBi以上，带内最大增益为19.5dBi。E面方向图的3dB主瓣宽度在35-47°之间，H面方向图的主瓣宽度在2.8-5°之间，天线的尺寸仅为150mm×83.3mm×4mm，极化方向的天线尺寸为0.35λL。（6）设计了一种加载抛物柱面及双曲柱面的SIW高增益定向天线，测试结果表明，在26.3-41.8GHz频带内的

18、S11

19、小于-10dB；带内增益基本在12dBi以上，最

20、大增益可以达到16.5dBi，E面方向图的3dB主瓣宽度在31-51.6°之间，H面方向图的主瓣宽度在2-3°之间，天线的整体尺寸为190mm×63mm×4mm。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文所设计的五类天线均使用CSTMicrowaveStudio®软件进行仿真优化，本文对一种加载抛物柱面及双曲柱面的SIW高增益定向天线进行实物加工和测试，测试结果和仿真结果基本吻合。此外，本论文还针对天线的设计过程进行了详细的阐述，解