摘要: 相控阵天线通过控制各端口馈入的相位，来实现阵列天线的波束偏转，也称电扫描，相较于传统的机械扫描阵列天线，相控阵天线具有扫描速度快、扫描精准的优点。其中，平面相控阵天线具有成本低、易集成、重量轻等优点，因此得到了广泛的应用。然而，平... 展开 相控阵天线通过控制各端口馈入的相位，来实现阵列天线的波束偏转，也称电扫描，相较于传统的机械扫描阵列天线，相控阵天线具有扫描速度快、扫描精准的优点。其中，平面相控阵天线具有成本低、易集成、重量轻等优点，因此得到了广泛的应用。然而，平面相控阵天线扫描角度有限，通常需要多个子阵协同完成宽角范围内的低增益波动扫描。本文主要从拓宽平面天线单元的波束宽度入手，结合基片集成波导（substrate-integrated waveguide，简称SIW）技术，改造平面天线结构，并结合特定模式的表面波，获得具有宽带宽波束宽度的天线单元，利用宽波束天线单元进行组阵，实现宽角扫描。本论文的主要研究内容概括如下： 首先简要说明了平面相控阵天线扫描范围有限的问题，介绍了宽角扫描平面相控阵天线的研究现状。 设计了一款微带贴片等效短磁偶极子，并用于宽角扫描平面相控阵天线中。利用SIW技术，短路原贴片天线的两个辐射边，改变矩形贴片边界条件，重构贴片场分布，并通过中心开缝，构造不连续性，获得邻近地板放置的单个等效磁流源，实现具有E面宽波束特性的紧凑磁偶极子，并用于E面以及H面宽角扫描。 提出了一款具有低剖面的印刷偶极子天线单元，并用于宽角扫描平面相控阵天线中。利用SIW技术，将印刷振子天线两端短路，并在振子中心开缝，构成不连续点，形成等效E面点源，获得E面宽波束特性，并用于E面宽角扫描相控阵天线中。 设计了基于SIW技术的低剖面电磁偶极子天线，用于实现E面H面对称的辐射方向图，并用于E面以及H面的宽角扫描。首先指出了微带贴片等效短磁偶极子天线在H面出现较高交叉极化水平的主要原因，并对其进行改造，同时，结合电磁偶极子的概念，设计了一款具有E面H面辐射方向图对称的低剖面等效电磁偶极子，该天线在E面和H面均具有较低的交叉极化水平。利用该单元进行组阵，可实现E面和H面的宽角扫描，同时交叉极化水平较低。 利用多层层压技术，提出结构紧凑的SIW背腔圆形贴片天线以及SIW背腔悬置圆形贴片天线，并用于H面宽角扫描线阵的构建。利用SIW腔体控制在接地介质基板中传播的表面波模式，并利用表面波在接地介质基板截断处的衍射，改善贴片阵列天线在低仰角处的增益，实现一定带宽内的宽角扫描。针对圆形贴片天线H面线阵，通过增加介质板厚度，使其支持第一TE1模式的表面波传播，利用SIW技术，在圆形贴片邻近位置放置金属通孔，抑制TM0模式表面波，同时保留TE1模式表面波，从而改善H面线阵在低仰角处的主极化增益。 根据圆柱形谐振腔的模式多样性，设计了联合奇TM010、TM110以及TE111模式的宽带圆柱形SIW背腔缝隙天线。首先对比矩形谐振腔与圆柱形谐振腔低次模式分布情况，通过对比可用于实现理想方向图的谐振模式个数，选取具有模式多样性的圆柱形谐振腔，同时对圆柱形谐振腔侧壁以及上表面进行缝隙加载，拉近可用模式之间的频率间隙，从而实现宽带内的阻抗匹配。与其他基于多谐振模式的SIW宽带天线相比，该天线具有横向尺寸小的优势，有利于构建宽带宽角扫描平面相控阵天线。 最后归纳和总结了本文的主要工作，展望了下一步的研究工作。 收起