基于SIW的Ka波段缝隙阵列频扫天线设计

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扫描天线是一种被广泛应用的雷达天线。传统的波束扫描依靠机械系统驱动,造成稳定性差、波束成形速度慢等问题。波束电扫描技术的出现解决了这些问题,因此受到了广泛关注。电扫描天线中的频率扫描天线是一种根据频率变化实现波束扫描的扫描天线,多采用慢波线结构,结构简单、性价比高,成为民用扫描天线的首选。频扫天线的设计通常选用波导缝隙阵列结构,该结构具有剖面低、成本低、体积小等优点。本文采用了SIW结构,更方便加工生产。但是由于该技术需要天线具有较宽的工作频带,以提供较大的频率变化范围。而传统的矩形缝隙天线带宽较窄,波束扫描领域中的应用受到了限制。因此本文针对拓宽天线带宽进行了优化仿真。本文设计了两种工作于Ka波段的基于SIW缝隙阵列频扫天线,分别为驻波天线和行波天线。两种天线均采用了椭圆形的缝隙结构,因为这种渐变形状的缝隙具有较宽的带宽,因此扩大了波束的扫描范围。本文在软件中对天线进行仿真,得到了天线的波束扫描性能。文中给出了较为详细的仿真结果。随着频率改变,两种天线均实现了波束扫描的功能。所设计的驻波天线具有超过13 d Bi的增益,实现了25°范围的扫描角度。所设计的行波天线的相对带宽达到23%,并且扫描角度很宽,扫描角度范围是-40°~40°。最后,对所设计的行波式频扫天线进行实物制作,并使用信号发生器与频谱分析仪测试该天线。天线实物的测试结果与仿真结果相比,误差控制在合理范围内。测试结果表明该天线具有明显的波束扫描功能,进一步验证了仿真结果的正确性。该天线可用于毫米波成像扫描系统。
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