基于HFSS的毫米波双工天线设计 原创

摘要

本文提出了一款具备双极化能力的基片集成波导腔背式自双工槽天线阵列。该天线阵列由四个线性排列的全双工单元组成，可分别独立工作在22.52GHz和26.62GHz频段。天线设计在半模基片集成波导（HMSIW）腔体内，通过两个L槽来调整谐振频率。此外，设计了两个包含50欧姆传输线的1×4功率分配器，从而实现馈电网络与天线阵列一体化的单层结构。经仿真两个工作频段的最小反射系数均小于-10dB，该结构两个频段间实现了良好离度。

关键词

自双工天线阵列，基片集成波导（SIW），腔背式槽天线，1×4功率分配器，馈电网络，双极化结构。

阵列与单元设计

图1 单元俯视图

图2 天线两个端口的反射系数

图3 双工毫米波阵列

图4 阵列S参数

图1是所设计是双工单元，port1控制高频，port2控制低频，两个端口相互独立，有较好的隔离度从图2可以看到。图3出阵列形式，用两个一分四等幅同相的功分器连接起来，图4给出阵列仿真得到的S参数，基本与阵列的趋势一致，出现双频双工特征。

图5主极化与交叉极化

图5给出的是天线的主极化与交叉极化，可以看到交叉极化增益较主极化降低明显。极化纯度很高。隔离情况再图6和图7的电流分布明显看出，单独激励端口时候，在其工作的半个阵列表面电流分布明显。

图6 低频段电流分布

图7高频段电流分布

总结

本文提出了一款基于双极化自双工单元的1×4线性天线阵列。每个天线均采用半模基片集成波导（HMSIW）腔体设计，通过开槽将腔体分割为两个准基片集成波导（QMSIW）腔体。随后，利用两个不同长度的容性槽，使天线可分别工作在毫米波频段。并且设计了两套馈电网络来激励阵列单元。因此，该提出的结构可实现无需多路复用器的高隔离度双频段阵列。值得指出的是，这种天线阵列的设计思路为未来的多频段阵列铺平了道路，这类阵列可独立调谐各频段，每个频段拥有独立输入端口，且馈电网络结构简单。

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