【摘 要】
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随着通信设备的逐渐升级以及通信技术的不断发展,通信系统中对天线性能的要求也趋于多样化。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）具有低损耗、低成本、易于集成等特点并保留有金属波导的大部分优秀特性,因此,基于SIW设计的结构在通信系统中有着可观的应用前景和发展空间。此外,能够满足多频段通信需求的多频天线和减小极化失配影响的圆极化天线也被广泛应用于各种通信设备
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随着通信设备的逐渐升级以及通信技术的不断发展,通信系统中对天线性能的要求也趋于多样化。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）具有低损耗、低成本、易于集成等特点并保留有金属波导的大部分优秀特性,因此,基于SIW设计的结构在通信系统中有着可观的应用前景和发展空间。此外,能够满足多频段通信需求的多频天线和减小极化失配影响的圆极化天线也被广泛应用于各种通信设备中。本文主要对基于SIW及其小型化结构的多频和圆极化天线进行研究,主要研究内容如下:1.提出了一款共辐射体的高隔离度双工天线。该天线利用不同端口馈电时SIW腔体会形成不同谐振频率的混合模实现了双工的特性,该天线中不仅两个谐振频点频率独立可调,而且两个馈电端口处的隔离度均大于21d B。接下来,提出了一种频率独立可调且具有低交叉极化特性的双频段天线;该天线使用半模基片集成波导（Half Mode SIW,HMSIW）技术减小了SIW腔体的尺寸,并通过刻蚀与腔体辐射边平行的缝隙扰动腔体模式实现了双频特性,其中两个工作频段的交叉极化水平均小于-23d B。最后,提出了一款三频段天线,该天线通过在HMSIW腔体上加载两个长短不一的缝隙,实现了三频特性;与双频天线类似,该天线的三个频段均独立可调且交叉极化水平均小于-20d B。2.提出了一款宽带高增益圆极化天线。该天线利用三个威尔金森功率分配器设计了相位旋转馈电网络,并通过与馈电网络相连的馈电探针激励四个HMSIW天线单元来形成圆极化。此外,通过在天线中增加短路加载的寄生贴片引入了一个额外的模式,拓展天线的增益带宽,并且两个模式间的耦合在高频处引入了一个辐射零点,改善了天线的带外抑制效果。通过改变天线单元及寄生贴片的排列方式,进一步改善了天线的增益,并减小了旁瓣电平。最终,该天线的-10d B阻抗带宽为41.5%,3d B轴比带宽为20.3%,在半模腔体和寄生贴片的谐振频率处增益分别为10.34d Bi和9.91d Bi。3.提出了一款单层宽带高增益圆极化天线。该天线将相位旋转馈电网络与HMSIW天线单元集成在了同一层,降低了天线结构实现的复杂度,其中,天线剖面高度为0.008λ0（λ0为中心频率对应的自由空间波长）,-10d B阻抗带宽为36.1%,最高增益为8.9d Bi。之后,提出了一款简化馈电网络的低剖面高增益圆极化天线,该天线去除了相位旋转馈电网络,而是利用矩形贴片两个高次模(TM120模和TM210模)向顺序旋转摆放的四个四分之一模基片集成波导（Quarter Mode SIW,QMSIW）腔体馈电,并且由于QMSIW腔体的辐射场与矩形贴片的辐射场在远场同向叠加,天线的增益达到了13.1d Bi。最后,通过移除QMSIW腔体的部分金属短路柱,将部分能量通过金属柱之间形成的耦合窗口传输到QMSIW腔体的寄生贴片上,使得天线的增益提高到了14.1d Bi。
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