【摘 要】
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随着毫米波（MMW）和太赫兹（THz）波系统的快速发展,高频带天线引起了越来越多的研究兴趣。基于高次模的高增益微带天线具有电大性能和高增益的特点,可以很好的克服毫米波和太赫兹器件的制造精度要求过高的困难,以及在该频段高传播损耗的问题。本文研究利用具有高增益的线极化、圆极化以及波束倾斜的高次模微带天线,主要内容如下:第一,研究基于高次模的线极化高增益微带天线设计。结合差分馈电和电流干扰技术,使工作在
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随着毫米波（MMW）和太赫兹（THz）波系统的快速发展,高频带天线引起了越来越多的研究兴趣。基于高次模的高增益微带天线具有电大性能和高增益的特点,可以很好的克服毫米波和太赫兹器件的制造精度要求过高的困难,以及在该频段高传播损耗的问题。本文研究利用具有高增益的线极化、圆极化以及波束倾斜的高次模微带天线,主要内容如下:第一,研究基于高次模的线极化高增益微带天线设计。结合差分馈电和电流干扰技术,使工作在高次谐振模式的矩形贴片,保持均匀的电流分布;无需利用馈电网络组阵,即可实现具有高边射增益的微带天线。针对12GHz频率,对高次模谐振贴片的增益和效率进行优化,设计出TM90模单元微带贴片,增益为16.1d Bi,口径效率为69.4%,副瓣电平为-17.2d B,交叉极化为-31.9d B,阻抗带宽为4.8%;实测天线阻抗带宽为3%,最大增益为15.3d B,副瓣电平小于-16.4d B,交叉极化为-28d B。第二,提出了一种圆极化辐射的高次模微带天线。通过在线极化高次模贴片上方加载旋转偶极子阵列,得到圆极化的高次模谐振微带天线。阐述了实现圆极化辐射的机理,探讨了加载偶极子的优化设计。设计出基于TM90模的左旋圆极化微带天线,仿真得到最大增益为15.9d Bi,阻抗带宽为8.7%,3d B轴比带宽为6.6%,轴比带宽内增益均大于13.5d B。测试得到天线峰值增益为15.5d Bi,副瓣电平低于-15.6d B,交叉极化低于-17.3d B,工作带宽为6.5%。第三,提出了一种实现高次模微带天线波束倾斜的方法。通过在天线正上方添加具有高透射特性、相位渐变的电磁表面,对电磁波透射相位进行控制,实现制定的波束偏转。设计出波束在E面偏转10?的TM90模微带天线,仿真峰值增益达到16.2d Bi,工作带宽为7.2%。实测天线峰值增益为15.4d Bi,E面副瓣电平低于-15.8d B,交叉极化低于-26d B,工作带宽为5.4%。本文研究的高次模微带天线,无需复杂馈电网络,就能以电大尺寸实现边射高增益,灵活的高次模选择可适应不同口径尺寸需求;采用上方加载电磁表面的方式实现了圆极化辐射和波束扫描的功能拓展,使高次模天线保持了与天线阵列类似的功能控制。相关技术可用于毫米波和太赫兹等高频段下的电大尺寸天线设计,对于适应目前通信、探测系统工作频段越来越高的发展趋势具有积极的意义。
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