新型毫米波天线综述

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1、维普资讯http://www.cqvip.com一咿新型毫米波天线综述世毯朱排更华东工学院毫米波光波近感技术研究所主题词1．毫米波天线2．微带天线天一、引言毫米波段由于其突出的优点己被广泛应用于通讯，雷达、制导，遥感等系统。毫米波天线可以分为两大类，一类是传统结构的天线，另一类是基于新概念设计的天线。第一类天线如反射面、透镜，喇叭天线等。选一类天线的设计，毫米波与微波波段区别不大。第二类天线则包含了近来发展起来的一些新概念。这些天线多半是根据毫米波段的别点发展起来的，而且还在不断研究中。这一类天线包括微带天线，由开波导或

2、普通波导激勖的行波天线，类微带集成天线等。本文着重对第二类即新型毫米波天线作一综述。由于这一类天线型式繁多，这里只能举一些典型的或常用的线极化天线。二、毫米波微带天线工作在毫米波段的微带天线有其特殊性。这些特殊性主要是加工公差要求高和馈线损耗大以及与之相联系的特殊型式的毫米波段的传输线例如鳍线、开波导等。这些特殊性带来了某些困难，但也带来了发展新的有效型式天线的可能性，也就是说，挑战与机遇并存。在毫米波馈线宽度很小，刨如工作在30-100GHz频率范围，馈线宽度将是0．1一O．2ram，耍求的公差贝吐要小一个数量级，可见

3、十分严格。因而精确的加工也是毫米波微带天线设计工作的一个组成部分。在上述频带内，馈线损耗口近似为每个自由空问波长0．1O—O．15dB．这损耗包括了导体和介质损耗，．相对介电集数∈，增加时口还要增加。由于馈线损耗大，因而近来出现了许多新的馈电形式。侧如有：①混合馈电系统】：其基本思想是将一个太阵分为四个微带子阵，造四个子阵分别由金属波导四功分器馈给四个微带子阵，而使馈线损耗减小。②串馈阵：与并馈阵相比，这种阵可大大减少馈线，但由于串馈阵是个行波阵，因而波束指向随馈率变化会有偏离，其偏离值的数量级大约为频率变化1角度偏离1

4、。。为解决这一问题提出了如图1所示的扫描补偿阵。这是因为左右两半波束偏离的方向是相反的，因而可以互相补偿。此外还有一些其它形式的串馈阵可参见文献[2)。维普资讯http://www.cqvip.com图1串馈扫描补偿阵船一阳(a)原来的馈电方式(b)新申馈电方式图3新的变型T分支。图22x2贴片微带阵及其组成的馈电饲络⑧并馈阵：串馈阵结构简单但频带窄，而且如果一个元出问题对整个阵影响很大，幅相分布也较难控制。并馈阵则馈线占空间较大，且插入损耗也较大。对于2×2的方阵，设计可以以2X2方阵为基础如图2所示。由于结构的对称性

5、，辐度分布特性和相位的一致性比较容易保证。为克服馈线总长度太长的缺点，最近又提出了如图2(b)所示的新的馈电方案1。在如图2(a)所示的原来的馈电方式中，馈电点所在的边与辐射边平行，辐射边是均匀分布。为了满足两对贴片同相激励，馈电不可能在两个贴片中间分成两路，其中有一路必须绕到外侧。图2(b)的新馈电方案，馈电点所在的边与辐射边垂直。这样，就可在两对贴片中间分成两部分，因而使馈线得到缩短。如果设计得当，可以使交叉极化堆小。④变形T分支：微带梳齿面阵的并馈有两种方式，一种是并联T分支，一种是多重分功器，后者占面积大，结构复

6、杂，因而馈电网络不均匀性产生的附加辐射影响大。并联T分支结构简单，其特性在频率小于10GHz时，平行边之间的散射系数lS．：l比lS。l大得很多。这样，如果将多个T分支连接起来组成馈电网络，则堆靠边的单元馈电辐度要比靠中间的大，因而形成旁瓣电平提高。根据这一个情况，提出了一种新的变形T分支如图3所示¨】，这种分支实际上是由一个直角拐弯一个横过来的I’分支组成。经设计计算，这种分支高频时性能lS。l>lS。．1，这正好和普通T分支相反，因而可以达到馈电辐度中间大两头小的分布。⑤圆形阵的设计t在圆形口径情况下，为了充分利用所

7、给定的口径，在设计上要作许多的努力。可在方阵的基础上，在阵元分布上作一些安排，使阵变形为接近图形的形状。文24维普资讯http://www.cqvip.com献[5]报导了设计得很成功的串馈式梳齿面阵和并馈式矩形微带贴片阵两个例子如4所示。(a)串馈式梳齿面阵(b)并馈式矩形微带贴片阵图4两种圆形微带阵三、由毫米波开波导或普通波导激励的行波天线这一类天线主要有下几种：①介质杆天线：这种天线是用同样介电系数的介质波导馈电如图5(a)所示，它是一种典型的表面波天线。其上的相速小于自由空间波速c，故是顶射式天线，这类天线的增益

8、一般限于I8—20dB，相应的波束宽度为17。一20。，旁瓣可达到25dB，带宽可以较宽，但设计理论尚不完善【卜『。jl-(a)(b)(c)图5(a)介质杆天线j(b)刻矩形槽的周期漏波介质天线；(c)有金属条栅的周期漏波介质天线②周期介质天线这类天线是在均匀介质波导上加上周期性表蕊微扰，侧如沿介质波导轴线方向周期性