《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于基片集成波導(dǎo)圓極化天線微波毫米波天線
電子技術(shù)應(yīng)用
李文迅
中國西南電子技術(shù)研究所
摘要： 設(shè)計了一款Ka波段高增益基片集成波導(dǎo)圓極化天線，采用四脊波導(dǎo)作為圓極化輻射器。為驗證設(shè)計，研制了4×4圓極化陣列天線，該天線采用三層介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)：頂層為4×4四脊波導(dǎo)圓極化輻射器，中層為4×4背腔輻射縫隙單元天線（工作模式為TE110模），底層為T形基片集成波導(dǎo)一分八功分器。測試結(jié)果表明，該陣列天線S11<-10 dB的范圍為35.3~35.55 GHz，3 dB軸比帶寬為35.24~35.57 GHz，最大增益為18.14 dBi（35.42 GHz）。該設(shè)計創(chuàng)新性地采用四脊波導(dǎo)實現(xiàn)圓極化輻射，具有高口徑效率和緊湊結(jié)構(gòu)，適用于微波毫米波系統(tǒng)。
中圖分類號：TN822 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256421
中文引用格式： 李文迅. 基于基片集成波導(dǎo)圓極化天線微波毫米波天線[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(7)：5-10.
英文引用格式： Li Wenxun. Substrate integrated waveguide circularly polarized antenna for microwave and millimeter-wave applications[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(7)：5-10.
Substrate integrated waveguide circularly polarized antenna for microwave and millimeter-wave applications
Li Wenxun
Southwest China Institute of Electronic Technology
Abstract： This paper presents the design of a high-gain substrate integrated waveguide (SIW) circularly polarized antenna operating in the Ka-band, utilizing a quadruple-ridged waveguide as the circular polarization radiator. To validate the design, a 4×4 circularly polarized array antenna was developed, featuring a three-layer dielectric substrate structure: the top layer consists of a 4×4 quadruple-ridged waveguide circular polarization radiator, the middle layer comprises a 4×4 cavity-backed slot antenna array operating in the TE110 mode, and the bottom layer incorporates a T-shaped SIW-based one-to-eight power divider. Measurement results demonstrate that the array antenna achieves an S11<-10 dB bandwidth from 35.3 GHz to 35.55 GHz, a 3 dB axial ratio bandwidth from 35.24 GHz to 35.57 GHz, and a peak gain of 18.14 dBi at 35.42 GHz. The proposed design innovatively employs a quadruple-ridged waveguide to achieve circular polarization, offering high aperture efficiency and a compact structure, making it suitable for microwave and millimeter-wave systems.
Key words : substrate integrated waveguide；circularly polarized antenna；quadruple-ridged waveguide；millimeter-wave antenna

引言

隨著毫米波（Millimeter Wave,MMW）無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，圓極化天線因其能夠有效降低發(fā)射與接收天線之間的極化失配，并抑制多徑效應(yīng)干擾，受到了廣泛關(guān)注[1]。毫米波頻段因其高信道容量的特性，成為研究熱點(diǎn)，并在汽車?yán)走_(dá)[2]和成像系統(tǒng)[3]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，需要注意的是，汽車?yán)走_(dá)通常使用高衰減毫米波頻段，因此在此處將其作為低傳播衰減頻段的示例可能不夠準(zhǔn)確。

在毫米波天線設(shè)計中，高增益基片集成波導(dǎo)（Substrate Integrated Waveguide,SIW）陣列天線因其優(yōu)異的性能得到了廣泛應(yīng)用[4-8]。近年來，圓極化SIW天線的研究取得了顯著進(jìn)展，主要包括圓極化SIW縫隙天線[7-8]、圓極化SIW諧振器天線[9]以及圓極化SIW平面孔徑天線[10-16]等。此外，結(jié)合極化轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)圓極化輻射的方法也受到了關(guān)注[17-21]。極化轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢在于能夠避免復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，減少介質(zhì)損耗，同時提高天線的輻射增益和效率。常見的極化轉(zhuǎn)換器設(shè)計包括曲折線極化轉(zhuǎn)換器[18-19]和頻率選擇性表面（Frequency Selective Surface,FSS）結(jié)構(gòu)[20-21]。然而，曲折線極化轉(zhuǎn)換器通常引入較高的插入損耗，而FSS結(jié)構(gòu)主要用于反射面，難以作為透射偏振片使用。

本文提出了一種基于四脊波導(dǎo)極化器的圓極化SIW背腔縫隙天線陣列，工作在Ka波段。與傳統(tǒng)的矩形或圓形波導(dǎo)極化器相比，四脊波導(dǎo)具有尺寸小、輻射孔徑效率高的優(yōu)勢。首先，本文詳細(xì)分析了SIW諧振腔中的TE110模式以及四脊波導(dǎo)極化器中的四個最低基本模式，設(shè)計了一款加載四脊波導(dǎo)的圓極化SIW單元天線。隨后，基于優(yōu)化后的單元天線，采用一分八的T形功分器結(jié)構(gòu)，通過多層印刷電路板（PCB）工藝設(shè)計并加工了一款4×4的三層SIW圓極化陣列天線，并進(jìn)行了實驗驗證。測試結(jié)果表明，該天線具有較高的孔徑效率和較低的交叉極化水平，展現(xiàn)了良好的輻射特性。


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作者信息：

李文迅

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）


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