2。3 基片集成波导在天线中的应用

2。3。1 基片集成波导缝隙天线

基片集成波导兼具了传统矩形金属波导和微带线的特点，也是平面天线和波导天线的完 美组合，能够设计出形式各异的高 Q 值器件，有功率分配器、双工器、滤波器、定向耦合器 等有源或无源器件；同时，它可以作为辐射波导、馈电方式以及天线口径等。在天线领域， 对基片集成波导技术的利用已经越来越成熟，多种基于基片集成波导技术的新型天线单元被 广泛运用于实际工程中。

在通信和雷达系统中被充分利用的矩形波导缝隙阵列天线主瓣宽度窄，易于实现低副瓣， 但体积太大、重量较重、成本高昂，难以大规模生产。鉴于基片集成波导和传统矩形金属波 导相像的传播特点，在基片集成波导上应用矩形波导缝隙天线的设计理念，得到的基片集成 波导缝隙天线，重量较轻、体积较小、口径幅度控制灵活且口径效率不低，不仅克服了矩形 波导缝隙阵列天线的不足，而且性能得到了很大提高。

2。3。2 基片集成波导缝隙天线的设计

基片集成波导实质上是一种可以屏蔽电磁波的特殊结构。在波导壁上的缝隙切断了波导 内的电流通路，波导里的电磁场会激励缝隙单元从而产生了对应的缝隙单元的幅度相位值， 波导内的电磁能量也因此和外部自由空间耦合[11 ]。波导上每一个缝隙单元实际上都可以看做 是波导的负载，电磁波激励波导缝隙单元产生的幅度相位值能够根据缝隙单元的宽度和间距 值加以控制。

波导壁上的裂缝是波导的负载，也能替换为连接在波导上的导纳元件或是阻抗，它将在 波导中流通的电磁功率一部分通过缝隙向外传播，产生有功损耗，一部分向外传播后又通过

本科毕业设计说明书（ 论文） 第 7  页 缝隙反射回波导内，产生无功损耗，还有一部分继续传输。波导内的场域结构在波导缝隙周 围不稳定，结构被破坏，激励产生高阶模，能凭借波导缝隙周围电流和电场的改变衡量馈电论文网

缝隙在传输线等效电路里的表现。

基片集成波导缝隙阵列天线通常使用的开缝方式如图 2。2 所示，一般是纵向缝，等效电 路图就是一个简单的双端并联电路。为便于分析，常会默认基片集成波导的导壁是理想导体， 且在波导内传输的只有主模 TE10 模，则根据波导内 TE10 模的行驻波状态，基片集成波导缝隙 天线可以分为由驻波激励产生的谐振式天线阵列以及由行波激励产生的非谐振式天线阵列。

基片集成波导缝隙边长一般接近 λg/2（λg 是自由空间的波长），宽度则是比较窄小的，也就是 缝隙长度/缝隙宽度>>1[9]。同时，波导缝隙单元在波导上的布置以及波导的厚度、波导四周情 况都会对缝隙的谐振长度产生波及。波导内电场方向和缝隙窄边平行，和电磁波激励不相关， 只会随缝隙长度按正弦规律改动。

图 2。2 基片集成波导开缝方式

基片集成波导缝隙天线有多个金属柱，数据量很大，进行分析时会耗费大量时间，甚至 可能得不到运算结果，设计效率较低。根据基片集成波导的原理，其能够看做是由介质填充 的传统矩形金属波导，在研究计算时通常用等效的传统矩形波导缝隙天线代替基片集成波导 缝隙天线，简化分析，提高设计效率。

相对于非谐振式阵列天线，纵向缝隙的谐振式阵列天线旁瓣电平容易控制，辐射性能好， 效率略高，带宽较窄，结构简单但应用广泛，因此本文选择设计此种类天线。传统矩形波导 缝隙天线如图 2。3 所示，选择一端口为短路端口，最后一条缝隙中心点与短路端口的波导壁 距离是 λg/4，此时短路端口等同于开路端口；取各个缝隙中心点距离是 λg/2，各缝隙相位相同 且缝隙均处于驻波电压的波峰处[6]，便于计算。