介質(zhì)基片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)縫隙天線陣是針對以往采用波導(dǎo)型材實(shí)現(xiàn)天線開縫的方法所提出的,。使用印刷電路板中常用的金屬化過孔的方法,，用兩排較為密集的金屬過孔將聚四氟乙烯微帶板（雙面覆銅板）的上下兩層銅皮連接在一起,。此時(shí)在兩排過孔與上下兩層銅皮之間能夠?qū)须姶挪ǎ淠Ｊ綖轭愃朴?a class="innerlink" href="http://wldgj.com/tags/矩形波導(dǎo)" title="矩形波導(dǎo)" target="_blank">矩形波導(dǎo)中的TE10模,，而不是TEM波,。介質(zhì)板的上下兩層金屬層等效為矩形波導(dǎo)的兩寬邊，而兩排金屬過孔形成矩形波導(dǎo)的窄壁,。對于微帶板,，如果孔和孔之間的距離比較近，就可以將孔之間的空隙看成是波導(dǎo)窄壁上垂直于傳播方向的縫隙,。這種縫隙不會(huì)影響TE10模傳播,，也不會(huì)向外輻射。因此可以用這種方法在微帶板上實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)的功能,。

　　1 天線設(shè)計(jì)

　　微帶板結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　與矩形波導(dǎo)相比，介質(zhì)基片集成波導(dǎo)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）加工簡便,，成本低廉,；2）體積小，集成度高,；3）易于和平面微波電路連接,；4）與銅質(zhì)波導(dǎo)相比重量輕。

　　與微帶貼片天線相比,，介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的損耗小,，Q值高，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的天線和濾波器,。

　　對于平板縫隙天線陣,，扁波導(dǎo)縫隙天線的帶寬較窄，且波導(dǎo)的高度越低帶寬越窄,。另外輻射波導(dǎo)的帶寬還和縫隙所處的外環(huán)境有關(guān),，即輻射波導(dǎo)之間的耦合有關(guān)。孤立縫隙的帶寬較寬,，而組陣后帶寬較窄,。而且當(dāng)單元間距越小，耦合越強(qiáng)時(shí),，輻射波導(dǎo)能夠獲得較大的帶寬,。因此波導(dǎo)縫隙天線的帶寬主要由2個(gè)因素決定：1）波導(dǎo)的高度．2）縫隙所處的外部電磁環(huán)境。

　　在輻射波導(dǎo)兩測布置扼流槽可以擴(kuò)展帶寬,，如圖2所示,。圖中扼流槽的各部分尺寸，單位為mm,。由于介質(zhì)波導(dǎo)（SIW）的寬度為24 mm,，而輻射波導(dǎo)的間距為40 mm，所以每各輻射波導(dǎo)兩側(cè)都僅有8 mm空間,，必須將扼流槽折疊,。在折疊后，扼流槽的尺寸都是仿真計(jì)算的,，以保證從扼流槽的開口向里看是等效開路,。圖3是加扼流槽后天線反射系數(shù)仿真結(jié)果,。

　　圖4所示為天線的正反面結(jié)構(gòu)示意圖，正面所示為天線的輻射面,，反面所示為天線的功分面,。板材的介電常數(shù)為2．25，厚度為2 mm,，該陣列包括8根輻射波導(dǎo),，每一根輻射波導(dǎo)上對稱的開有10個(gè)縫隙。輻射波導(dǎo)的饋電方式為從兩頭對稱的向中間饋電,，這是與傳統(tǒng)的主線支線耦合饋電不同,。

　　為達(dá)到-20以下的旁瓣抑制要求，采用了海明加權(quán),，經(jīng)過優(yōu)化后的權(quán)值分布如表1所示,。

　　天線功分網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，為了防止某個(gè)輻射波導(dǎo)的反射波通過饋電網(wǎng)絡(luò)耦合到其他輻射波導(dǎo),，影響其他輻射波導(dǎo)的激勵(lì)權(quán)值,，保證整個(gè)陣列的加權(quán)系數(shù)精度，所以輻射波導(dǎo)的激勵(lì)端口之間需要隔離,。為實(shí)現(xiàn)表1所列出的幅度權(quán)值,，并且實(shí)現(xiàn)不同輻射波導(dǎo)之間的隔離，功率分配網(wǎng)絡(luò)由H—T型分支和窄邊耦合的定向耦合器構(gòu)成,，功分網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)主要是選擇并聯(lián)饋電形式,，即用功分器結(jié)構(gòu)為各個(gè)輻射波導(dǎo)饋電，保證天線的總饋點(diǎn)到各個(gè)輻射波導(dǎo)的路徑是一樣長的,。

　　2 天線實(shí)物與測試結(jié)果

　　圖5是實(shí)際制作的平板縫隙天線的實(shí)物照片,，整個(gè)天線的面積為：330 mmx330 mm。從圖中看出,，天線一共包括8排輻射波導(dǎo),，每一排的輻射波導(dǎo)由過孔分為對稱的兩個(gè)波導(dǎo)，所以一共有16個(gè)輻射波導(dǎo),。每個(gè)波導(dǎo)的寬壁上開5個(gè)縫隙,，同一波導(dǎo)上的縫隙尺寸各不相同，而不同波導(dǎo)上,，相同位置的縫隙的尺寸是一致的,。每兩排相鄰的波導(dǎo)之間，有額外設(shè)計(jì)的扼流槽,，以提高帶寬,。

　　不同層的介質(zhì)板用金屬螺釘緊固，保證天線的機(jī)械特性結(jié)實(shí)可靠，以及不同層敷銅的電氣接觸良好,。

　　該天線的由位于功率分配網(wǎng)絡(luò)中心的50 Ω SMA接頭饋電,，測量得到的端口反射系數(shù)如圖6（a）。天線具有良好的端口匹配特性,。在5．5～5．9 GHz頻段,，天線端口的反射系數(shù)都在-12 dB以下（VSWR《1．6）,。而天線的-10 dB帶寬更是達(dá)到了463 MHz（5．512～5．975 GHz）,，其相對帶寬為8．1％。對于厚度僅有2 mm的SIW波導(dǎo),，相對帶寬達(dá)到了8．1％,。

　　天線方向圖見圖中6（b）（c）。平板縫隙天線旁瓣指標(biāo)在H面內(nèi),，旁瓣電平不超過-30 dB,。在E面內(nèi)，旁瓣電平也低于-25 dB,。

　　3 結(jié)論

　　提出了基于介質(zhì)板材的波導(dǎo)縫隙天線設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)現(xiàn),。該設(shè)計(jì)方案的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠擴(kuò)展平板波導(dǎo)縫隙天線陣尤其是薄波導(dǎo)縫隙陣的帶寬。采用此方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)80陣元的高增益定向天線陣,，并給出了實(shí)測結(jié)果,，表明該天線具有高增益，定向性好,，旁瓣低的特點(diǎn),，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。