摘要
近年来，由于宽带大容量信息传输及卫星通信等需求的持续增长,微波毫米波频段已经成为国际电磁波频谱资源研究、开发和利用的重要频段。微波、毫米波天线作为微波、毫米波系统中的重要组成部分，有着极其重要的应用。微带天线具有体积小、重量轻、剖面低、结构简单、便于集成等优点，广泛地应用于卫星通信、雷达、相控阵等微波毫米波系统中。同时，具备多层加工条件的低温共烧陶瓷（LowTemperatureCo-firedCeramic,LTCC）技术也逐渐应用于毫米波频段，使得基于多层结构的微波毫米波微带天线阵列得到了进一步广泛的应用。本文针对基于多层结构的微波毫米波微带天线阵列展开了相关研究，主要包括以下几个方面： 1.基于PCB工艺和LTCC工艺的Ka波段缝隙耦合微带天线阵列设计 本文基于PCB和LTCC两种工艺设计了三款Ka波段8×8规模的缝隙耦合微带天线阵列。对于基于PCB工艺的天线阵，其单元采用bowtie形贴片和H型缝隙进行设计，并对其进行了加工与测试，实测其增益带宽为35.9GHz~38GHz，在36.5GHz处增益为20dBi，副瓣电平为-13.7dB；对于基于LTCC工艺的天线阵，其单元分别采用矩形贴片和H型缝隙、矩形贴片和hourglass型缝隙这两组结构进行设计，最终选择了后者进行加工，实测其在35GHz处增益为16dBi，副瓣电平为-11.25dB。综合考虑传输线损耗、转换结构损耗、键合线损耗和接头损耗的影响，这两款天线阵的实测值和仿真值得到了良好的吻合，为毫米波相控阵的集成设计完成了验证。 2．基于PCB工艺的Ku波段双频双极化微带天线阵列设计 本文基于PCB工艺设计了一款基于卫星通信应用背景的8×8规模的Ku波段双频双极化微带天线阵列。通过采用基于容性耦合的探针馈电结构、类同轴转换结构以及将天线阵不同极化模式的馈电网络分层设计，最终可实现V极化端口11.25GHz~12.79GHz的仿真带宽，H极化端口12.44GHz~15.27GHz的仿真带宽，两端口间隔离度≥20dB，处于V极化模式时中心频点处E面、H面交叉极化电平可达-20.1dB，处于H极化模式时中心频点处E面、H面交叉极化电平可达-20.4dB。 3.基于特征模理论的多层结构微带天线分析 本文基于特征模理论，针对一款基于多层结构的双圆极化微带天线进行了特征模分析。然后，通过研究模型中不同参数对不同模式的影响，实现了对不同模式谐振频率的独立调制作用。
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