微波毫米波集成天線與無源元件的研究.pdf

1、近年來，微波毫米波電路與系統(tǒng)的集成技術(shù)發(fā)展迅速。尤其是半導體工藝的不斷提高，促使有源電路集成技術(shù)飛速發(fā)展，并在商業(yè)應用中大范圍推廣和普及。作為微波毫米波系統(tǒng)的重要組成部分，天線和無源元件的集成化設計也具有重要的意義。一方面，天線和無源元件在微波毫米波系統(tǒng)中所占體積（面積）較大，并且各元件的功能相對獨立，因此如何實現(xiàn)小型化多功能的天線和無源元件成為當前研究的一個熱點。另一方面，作為無源元件，其損耗特性對整個系統(tǒng)的性能影響較大，因此低損耗是

2、無源元件集成化設計中的另一個重要指標。本文圍繞微波毫米波集成天線與無源元件這一主題，分別深入研究了多阻帶超寬帶天線、毫米波基片集成腔體天線、平面透鏡天線和基片集成同軸線濾波器等，提出了相應的分析和設計方法，并進行了實驗驗證。論文主要工作如下:
　　 第一章主要介紹了本論文工作的相關(guān)研究背景和現(xiàn)狀，以及微波毫米波天線和無源元件集成化的發(fā)展趨勢，闡述了本論文的研究目標和主要內(nèi)容。
　　 第二章研究了多阻帶超寬帶天線。分別利用

3、表面刻蝕縫隙，饋線加載分裂環(huán)諧振器和饋線加載階梯阻抗諧振器等技術(shù)，設計和實現(xiàn)了多種多阻帶超寬帶天線。根據(jù)相關(guān)項目的要求，所設計天線除具有超寬帶響應外，還分別具有三阻帶、四阻帶和六阻帶響應，體現(xiàn)了一種功能集成化的特性。這種阻帶特性能夠用于減小或消除超寬帶通信系統(tǒng)與其他窄帶通信系統(tǒng)間的同頻信號干擾問題。文中詳細闡述了這些天線的設計原理、仿真模型和測試結(jié)果。測試結(jié)果與仿真結(jié)果的良好吻合驗證了設計方法的準確性。所設計的天線均采用標準印刷電路板工

4、藝實現(xiàn)，因此具有加工簡單、低剖面、易與平面電路集成和成本低廉等諸多優(yōu)點。這部分研究結(jié)果已在IEEETransactiononAntennasandPropagation、IETMicrowaveAntennasandPropagation，ICMMT（國際微波毫米波技術(shù)會議）和IEEEInternationalWorkshoponAntennasTechnology（IEEE國際天線技術(shù)研討會）等國際核心刊物和會議上發(fā)表，并獲2008I

5、CMMT會議最佳學生論文獎，此外還獲授權(quán)多項國家發(fā)明專利與實用新型專利。
　　 第三章是基于基片集成波導技術(shù)，提出并設計了基片集成腔體天線和陣列。所設計的天線沿天線所在平面的法向輻射，同時具有寬帶、高增益、低剖面和小型化等特性。文中給出了詳細的分析方法、設計過程和仿真模型。為了檢驗結(jié)果的正確性，分別在35GHz和60GHz兩個頻段上加工了天線（陣）樣品，并進行了S參數(shù)測試以及天線方向圖的測試，測試結(jié)果都與仿真結(jié)果吻合較好。由于采

6、用了基片集成波導技術(shù)，所設計天線能夠與平面電路一體化集成。相關(guān)研究成果已在IEEETransactiononAntennasandPropagation國際核心期刊上發(fā)表。
　　 第四章給出了一種毫米波平面透鏡的設計方法。選用耶路撒冷十字作為單元，通過研究其反射和透射響應，利用等相位設計原理，實現(xiàn)了一個六層結(jié)構(gòu)的具有寬帶響應特性的平面透鏡。為了驗證設計方法的正確性，加工了透鏡實物，并進行了測試，實驗結(jié)果驗證了所設計透鏡的寬帶和高

7、增益特性。在此基礎上，還提出了適用于大口徑天線焦平面匹配層的概念和設計方法，并進行了仿真來驗證這一概念。最后，還提出了一種利用雙層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的低反射平面透鏡的設計方法。這些平面透鏡的設計方法有效地減小了曲面透鏡的設計和加工難度，為透鏡與饋源的集成提供了條件。這部分研究成果已分別在IEEEAP-SSymposiumonAntennasandPropagation和IEEEInternationalWorkshoponAntennaTechn

8、ology等國際核心會議上發(fā)表，另已投稿至IEEETransactionsonAntennasandPropagation。
　　 第五章研究了基于基片集成同軸線技術(shù)的濾波器。分析了基于多層印刷電路板工藝的基片集成同軸線的特性，并給出了相關(guān)帶通濾波器的設計方法、仿真模型和實驗結(jié)果。實驗結(jié)果與仿真結(jié)果一致性很好，其低損耗特性和緊縮尺寸是兩大顯著優(yōu)點。此外，所設計的寬帶外抑制帶通濾波器也表現(xiàn)出良好的特性。這種基于基片集成同軸線技術(shù)的