新型半模基片集成波导漏波天线

为了设计一种结构简单、可靠性高的全向天线,提出了一种基于半模基片集成波导技术的漏波天线.这种天线是在半模基片集成波导结构的H壁增加4个对称振子形成的漏波辐射结构.使用电磁仿真软件对提出的天线结构进行了精确的建模,分析了介质厚度对天线带宽的影响,并对天线结构进行了优化,最后制作了天线测试样片进行实验验证.所设计的天线具有较宽的带宽和准全向辐射的特性,在7.3～9.7 GHz频段内具有良好的辐射性能,最大增益为5.8 dBi,测试结果验证了设计的有效性.

基于基片集成波导的Ka波段毫米波缝隙天线设计

本文总结了由基片集成波导(SIW)设计缝隙天线的一般方法,并设计了一款8×8 SIW缝隙天线阵列。该天线主要由SIW馈电网络、缝隙阵列和微带线至SIW转换器三部分构成。利用泰勒分布函数控制阵列的馈电幅度以及缝隙的偏置距离,从而有效地控制了阵列在方位面和俯仰面的旁瓣电平。实验结果表明,该天线在33.30 GHz~36.54 GHz的频带范围内S 11幅值小于-10 dB,相对带宽为9.3%。天线最大增益为18.56 dB,H面副瓣电平小于-20 dB,E面副瓣电平小于-18 dB。该天线剖面低,易于共形,在机载、弹载等场景中有较好的应用前景。

小型化八边形基片集成波导背腔缝隙天线

提出一款新颖的W波段八边形基片集成波导(SIW)背腔缝隙天线。相较传统的缝隙天线,具有体积小、易加工、Q值高、成本低等优点,且易于成阵。通过调节天线背腔缝隙的长度、宽度,以及SIW腔体的尺寸优化天线的辐射特性,通过电磁仿真软件HFSS对模型进行仿真优化,确定了天线的最优结构。仿真实验结果表明,所设计的天线相对带宽约4.5%,方向性优良,中心频率点谐振深度<-31 dB,天线最大增益达到5 dBi,满足设计要求,验证了设计的正确性。所设计的SIW背腔缝隙天线拓宽了数字通信的可用频谱,是一种新的尝试,可为以后的研究提供新的参考思路。

基于慢波基片集成波导的小型化移相功分器

针对移相器和功分器的功能融合设计,提出了一种基于慢波基片集成波导(Slow-Wave Substrate Integrated Waveguide,SW-SIW)的小型化移相功分器,两个输出分支等长带宽,可实现30°相移量.其中一个输出分支通过基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)实现,而另一个输出分支将互补开口谐振环(Complementary SplitRing Resonator,CSRR)加载在上层金属表面,代替传统SIW连续的金属表面,该CSRR由经典CSRR结构演变而来,同时为了降低由CSRR加载所造成的相位上的不稳定,在CSRR内部添加金属化通孔,实现SW-SIW,使得截止频率和相速度降低.测试结果表明,移相功分器在9.0~11.8 GHz频带范围内反射系数|S11|小于-10 d B,相对工作带宽为26.9%,插入损耗小于1.3 d B.两个输出端口的相位差稳定在30°±3°,幅度差小于1.4 d B,实现了等功率分配.所设计的移相功分器具有较小的尺寸和低制造成本,适合应用在相控阵天线中.

X波段Si基片集成脊波导MEMS环行器

基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的低,从而实现相同频率下更小的器件尺寸。同时,通过电磁仿真软件对射频匹配和磁场分布进行了精确的建模仿真,完成了Si基片集成脊波导MEMS环行器的仿真设计。制备了尺寸为6 mm×6 mm的环行器样品并进行了测试,结果验证了仿真设计的准确性,其工作频率为8~12 GHz,回波损耗大于20 dB,隔离度大于18 dB,插入损耗小于0.5 dB。实现优良微波特性的同时,相比于常规的SIW结构环行器尺寸缩小了20%左右。

基于基片集成波导加载开口环的介电测量传感器

基于微扰理论,提出了一种在基片集成波导(SIW)结构上加载椭圆形开口环的小型化介电常数测量传感器。在传感器表面刻蚀椭圆开口环,增加电流路径的同时,降低工作频率,实现器件的小型化。在中心区域挖有通孔,当放入具有不同介电常数的待测物体时,传感器的S参数会发生改变。通过仿真软件对传感器进行分析,介电常数实部从1至10变化,频率的相对偏移达到32.4%。测量结果表明:传感器对介电常数的测量误差小于3%,具有很好的测量效果。

X波段MEMS硅腔折叠基片集成波导环行器芯片

通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进行多次折叠,形成FSIW。以该技术作为设计思路,提高空间利用率,实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计,使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺,以高阻硅为衬底材料,制备了该硅腔FSIW环行器芯片,芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5~11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。

基于横向耦合和正交耦合的基片集成波导超宽阻带滤波功分器

基片集成波导滤波功分器在通信系统中的应用逐渐广泛。与传统波导谐振器相同,基片集成波导谐振器含有多个传输模式,导致基片集成波导滤波器的宽阻带特性很难实现。本文设计了一种由电激励实现的超宽阻带基片集成波导滤波功分器。具体地,提出了一种基于电磁交替耦合拓扑的四阶基片集成波导滤波功分器,具有电输入和电输出端口。横向耦合通过谐振腔侧边开窗实现磁耦合,纵向耦合通过在相邻两腔之间的耦合窗口中蚀刻S槽线实现电耦合。通过正交传输路径可以抑制多个高阶模式,仿真和测量结果表明,阻带带宽分别大于9f 0和3.1f 0范围,该中心频率为35.5 GHz的滤波功分器的带外抑制效果优于-20 dB。上述方法经实物验证,试验结果与仿真结果吻合。

采用基片集成波导技术的毫米波MEMS环行器

设计并制备了一款毫米波的微机电系统(MEMS)环行器。该毫米波MEMS环行器芯片采用高阻硅作为衬底,利用基片集成波导(SIW)技术,基于硅基MEMS工艺,采用低损耗金属化技术,实现了硅通孔金属化的制备。采用三维电磁仿真软件进行模拟,设计了该毫米波MEMS环行器的结构以及SIW与微带线的过渡匹配,并在此基础上优化设计了一套通用的制备毫米波MEMS环行器的工艺流程。并对制备的毫米波MEMS环行器进行了性能测试。结果表明,该环行器的频率范围为24~28 GHz,频带内插入损耗≤0.5 dB,隔离度≥17 dB,尺寸仅为5 mm×5 mm×2.5 mm,能够满足大部分应用需求。

基于基片集成波导的宽带多模背腔缝隙天线

目的:设计一种背腔特殊十字形缝隙的四谐振基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)宽带天线。方法:基于经典微带线和波导技术,通过在天线的背腔刻蚀特殊的十字形缝隙,并加载一组短路通孔和一个额外通孔改变腔体结构,使天线腔体在工作频段上激发四种不同的电场谐振模式,实现四谐振背腔缝隙天线(cavity backed slot antenna,CBS)。结果:天线工作在X波段内激发的四种电场模式,分别为半TE 110模式、混合奇TE 120模式和偶TE 120模式,天线的相对带宽为20.5%(8.81~10.82 GHz),最高增益为7.28 dBi,辐射效率大于79%。结论:该基片集成波导天线具有宽带宽、高精度、体积小、重量轻、损耗低、高Q值、集成度高等特点,能适用于无线宽带通信。

基于基片集成波导双模腔体的正交极化双工滤波天线

利用基片集成波导设计了一款正交极化双工滤波天线,其由两级谐振腔构成,第一级双模腔体实现双工和第一级滤波的作用,第二级开细缝的单模腔体实现天线辐射和第二级滤波的作用。通过收发缝隙天线的正交放置,实现它们之间的正交极化关系。仿真结果表明,高频和低频两个通带内均有明显的谐振点,且在阻带范围内反射系数均接近0 dB,其中:低频通带-10 dB的带宽范围为3.77~3.83 GHz,分数带宽约为1.6%;高频通带-10 dB的带宽范围为4.46~4.54 GHz,分数带宽为1.8%。两个端口之间的隔离度在低频通带内超过26 dB,在高频通带内超过20 dB。两个通带的增益曲线都具有很好的频率选择和带外抑制特性。天线在两个中心频率处均具有很好的边射特性及较低的交叉极化水平。

一种平面基片集成波导喇叭馈电的漏波天线

提出了一种基于平面基片集成波导喇叭馈电的带状金属栅漏波天线。通过采用金属通孔矫正技术,喇叭口径具有几乎一致的相位分布,同时平面喇叭能够与漏波天线在同一介质板上实现,因此这种馈电结构的漏波天线具有良好的阻抗匹配特性。仿真结果表明,本文设计的天线在15.3~17.4GHz频段范围内反射系数低于-10d B,相对带宽约为12.9%。同时,与理想波导馈电结构相比,该天线的介质损耗小于1d B。

基于慢波半模基片集成波导的等长等宽小型化移相器

针对基片集成波导移相器小型化、高性能的需求,本文提出了基于慢波半模基片集成波导(Slow-Wave Half-Mode Substrate Integrated Waveguide,SW-HMSIW)的等长等宽小型化移相器.该SW-HMSIW上层金属表面由微带折线单元周期性加载构成,提高了SW-HMSIW的等效介电常数和磁导率,从而降低了SW-HMSIW的截止频率和相速度,实现了慢波效应并获得尺寸的减小.此外,可以通过调节微带折线单元横向和纵向的尺寸,灵活调节SW-HMSIW的相速度和截止频率.基于这一原则,本文设计实现了SW-HMSIW等长等宽小型化移相器,同时它具有较宽的工作带宽.测试结果表明,所设计的移相器在8.7~14.2 GHz内实现了90°±4°的相移量,相对带宽为48%,回波损耗优于12 dB,具有良好的传输性能和移相效果,并且具有小型化和等长等宽结构特点,适用于在大规模阵列天线的应用.

基于基片集成脊波导的宽带漏波天线的设计与仿真

普通的基片集成波导缝隙阵列天线的阻抗带宽很窄,这成为了制约其应用于宽频带雷达等领域的瓶颈。考虑到脊波导的单模工作带宽较宽的特性,本文采用了加脊基片集成波导进行缝隙阵列漏波天线的设计,获得了超过13%的阻抗带宽。在此基础上,采取缝隙长度为"蝶形"分布的尺寸配置方式,以及在金属脊上覆盖金属条带的方法,设计了一种新型的基片集成脊波导宽带缝隙漏波天线。所有的仿真均使用了Ansoft HFSS软件,仿真结果表明,该漏波天线的相对阻抗带宽超过38%(8.5~12.5GHz),带内增益为14.0007dBi。天线为印刷型结构,具有剖面低、重量轻、易于集成、带宽较宽、增益较高的优点,以及漏波天线的高方向性、波束可控的固有特点,使其可以广泛应用在相应频段的通信设备中。

平衡馈电基片集成波导缝隙阵列全向天线

基于基片集成波导技术与标准印刷电路板工艺,设计并实现了缝隙阵列全向天线。为展宽带宽,天线由两个相同子阵组成。采用带状线T型功分器和共面波导转接,实现天线的平衡馈电结构。测试结果与全波仿真结果表明,对称平衡馈电基片集成波导缝隙阵列全向天线具有良好的全向性,较高的增益,相对较宽的带宽和紧凑的结构。

基片集成波导全向滤波天线多天线阵列

设计、制作并测量了工作在Ku波段的、可用于频分复用(FDD)无线通信系统的基片集成波导缝隙辐射全向滤波天线及其多输入多输出(MIMO)天线阵列。滤波天线是将射频滤波器和天线辐射部分进行一体化、联合设计,以减少射频前端滤波器与天线间的连接所引入的插入损耗。经过仿真、制作、测量和比较,得出结论:独立全向滤波天线保持了辐射部分的全向辐射特性,同时能很好地抑制带外杂散信号,使输入端反射系数的过渡带变得陡峭。工作在13.6GHz和14.4GHz、带宽为100MHz的相邻频率的全向滤波天线隔离性能良好,可用于频分复用系统的收、发信道。多输入多输出天线阵列中的单个全向滤波天线辐射特性基本保持不变。

低副瓣基片集成波导缝隙阵圆极化天线

基于基片集成波导技术与标准印刷电路板工艺,实现了圆极化、低副瓣的平面缝隙天线阵列。辐射单元采用基片集成波导顶层匹配缝隙对结构,行波式圆极化单元。辐射缝隙经过改进,单个辐射单元的反射系数均小于-30 dB。平面阵列采用基片集成波导低副瓣功分器馈电。文中给出了具体设计公式、方法和仿真结果。设计制作的16×16阵列在16.1 GHz频点上实测增益为30 dB,轴比为0.7 dB,副瓣小于-20 dB。

W波段多波束基片集成波导缝隙阵列天线

基于基片集成波导技术与标准单层印刷电路板工艺,设计并实现了W波段多波束缝隙阵列天线。首先,为实现W波段测试,利用全波仿真设计了SIW与标准金属波导间的垂直转接。其次,结合理论方法及利用全波仿真优化设计了基片集成波导缝隙阵列天线。多波束天线的馈电网络采用与天线共面的4×4的Butler矩阵,其中的耦合器和移相器也均采用基片集成波导技术设计。最后,给出W波段多波束天线整体仿真和测试结果,测试结果与仿真结果一致。测试结果与仿真结果表明,采用基片集成波导技术和低成本的单层印刷电路板工艺可以在毫米波较高频段实现多波束天线。

基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线

基于半模基片集成波导技术,提出了一种适用于微波集成电路的双频段缝隙天线。该双频段天线由馈电微带线,一段半共面波导结构和具有辐射缝隙的半模基片集成波导谐振腔构成,利用半模基片集成波导谐振腔的多模式工作特性实现了天线多频段特性。仿真和测试结果表明,该天线能同时工作在C频段(谐振频率5.74 GHz,S11=-21.86 dB)和X频段(谐振频率11.33 GHz,S11=-25.09 dB),不需要同时采用两个天线,具有便于和平面电路集成、体积小、结构简单、成本低等优点。

基于半模基片集成波导的宽角扫描漏波天线

针对传统的半模基片集成波导漏波天线存在开放边界处能量泄露以及无法进行连续波束扫描的问题,文章提出了一种带有折叠接地面的半模基片集成波导漏波天线。通过在波导表面周期性加载具有横向与纵向缝隙的辐射单元,抑制了侧向辐射的开放阻带效应,使得天线能够实现从后向至前向的连续波束扫描。该天线可在9~13 GHz的工作频段内实现-51~24°,总计75°的宽角度波束扫描,实际测量的增益范围在6.9~12.3 dBi之间。由于波导的开放边界处设置了金属化通孔阵列,使得天线增益明显提高。相比以往报道的同类型天线,文章提出的天线具有更大的波束扫描范围与扫描灵敏度,该天线可应用于无线通信和波束扫描雷达系统中。