【摘 要】
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毫米波雷达由于具有方向性好、探测精度高、体积小等优点,在军用和民用领域得到越来越广泛的应用。特别是车载毫米波雷达,对于自动驾驶、事故检测、车速检测等应用有重要意义。天线是毫米波雷达的重要器件,其指标直接影响雷达的性能。针对毫米波雷达的应用要求,本文结合波导的传输特性设计了一款宽波束毫米波单极化脊波导共线缝隙天线及其相控阵,结合微带贴片天线和基片集成波导（Substrate integrated w
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毫米波雷达由于具有方向性好、探测精度高、体积小等优点,在军用和民用领域得到越来越广泛的应用。特别是车载毫米波雷达,对于自动驾驶、事故检测、车速检测等应用有重要意义。天线是毫米波雷达的重要器件,其指标直接影响雷达的性能。针对毫米波雷达的应用要求,本文结合波导的传输特性设计了一款宽波束毫米波单极化脊波导共线缝隙天线及其相控阵,结合微带贴片天线和基片集成波导（Substrate integrated waveguide简称SIW）设计了两款高极化隔离度的SIW缝隙双极化天线阵,这三款设计具有易集成、高增益和良好电性能等优点。本文的主要工作包括:1.提出了一种脊波导共线缝隙天线及相控阵。采用基板上表面作为上脊波导的下壁实现易集成,利用脊波导降低列间距来保证宽扫描角,采用空心脊波导实现低损耗、高效率辐射,通过在上脊上开缝并交替改变脊两边槽的深度实现共线缝隙辐射。通过在共线缝隙周围的结构设计,控制口径场分布,展宽波束宽度。实现了易与基板集成的具有宽波束、高效率、高增益、低交叉极化和低副瓣等优异性能的1×8脊波导共线缝隙阵。将该天线作为列单元,又设计了4×8的相控阵,实现了27.27～29.7 GHz（8.5%）的工作带宽,19.6 d Bi的0°方向阵列增益,带宽内的非扫描面副瓣电平均低于-20 d B以及扫描范围达到±50°。2.为了降低天线加工成本、提高集成度,提出一款双层SIW缝隙阵双极化天线。采用双层SIW对两个极化辐射分别馈电,实现电磁能量耦合到最上层的贴片产生辐射。水平极化辐射通过中间层的SIW中心两侧缝隙将电磁能量耦合到顶层的V形贴片上实现;垂直极化辐射由底层的SIW中心共线缝隙将电磁能量耦合到中间层中心缝隙再馈到第一层的垂直贴片上实现。SIW上的中心缝隙不会产生辐射,因此能保证两个端口的良好隔离。测试结果显示该天线实现了水平极化工作带宽为23.5～24.5GHz（4.2%）,垂直极化工作带宽为23.4～24.4 GHz（4.2%）,垂直和水平极化的隔离度小于-32 d B,水平极化平均增益为11.5 d Bi,垂直极化平均增益为10.8 d Bi。3.在第二个设计的基础上,提出了一款微带贴片SIW缝隙阵双极化天线,仅利用两层介质基板便实现了高隔离的双极化。水平极化由顶层结构简单的串馈微带贴片天线阵实现,垂直极化由底层的SIW中心共线缝隙将电磁能量耦合到上层微带贴片实现。垂直极化辐射时,其电对称面会穿过水平极化的馈电端口,导致端口短路,保证两个极化之间能实现高隔离。测试显示该天线实现水平极化阻抗带宽为23～24.6 GHz（6.7%）,垂直极化阻抗带宽为23.2～25 GHz（7.5%）,带内的隔离度小于-46 d B,带内水平极化平均增益为13.8 d Bi,垂直极化平均增益为13.25 d Bi。
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