SIW-SSPP集成混合电路小型化圆极化漏波天线设计
作者:
作者单位:

1.北京理工大学集成电路与电子学院毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室,北京 100081;2.中国人民解放军陆军边海防学院西安710108

作者简介:

姜雄飞 2001年生,硕士研究生。
韩坤霖 1999年生,博士研究生。
王 勇 1988年生,硕士,助教。
毛著章 1999年生,硕士研究生。
鲍秀娥 1987年生,副教授,博士生导师。
孙厚军 1968年生,教授,博士生导师。
司黎明 1982年生,副教授,博士生导师。

通讯作者:

司黎明 (lms@bit.edu.cn)

中图分类号:

TN821+.1

基金项目:

国家重点研发计划(2022YFF0604801);国家自然科学基金(62271056、62171186、62201037);北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金(L222042);毫米波国家重点实验室开放课题(K202326);高等学校学科科研创新引智计划项目(B14010)


A Miniaturized Circularly Polarized Leaky-Wave Antenna Based on SIW-SSPP Hybrid Circuits
Author:
Affiliation:

1.Beijing Key Laboratory of Millimeter Wave and Terahertz Technology, School of Integrated Circuits and Electronics,Beijing Institute of Technology, Beijing100081, China;2.PLA Army Border and Coastal Defense Academy, Xi'an710108, China

Fund Project:

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    摘要:

    基片集成波导(Substrate integrated waveguide,SIW)具有低插入损耗、高品质因数等优点,已被广泛应用于微波电路和系统的设计中。然而,SIW横向尺寸较大,限制了其在小型化紧凑型微波电路和系统中的应用。本文提出了一种人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP)与SIW技术相结合的设计思路,实现小型化的集成混合电路。通过混合由金属化盲孔和金属贴片组成的三维集成SSPP结构,代入慢波效应,显著降低了单元结构的上限和下限截止频率。通过色散特性理论分析和全波电磁场仿真,证明了该SIW-SSPP集成混合电路可实现传输线30%的横向长度和50%的纵向长度缩减。进一步,通过在SIW-SSPP混合电路结构顶部蚀刻正交辐射结构,设计了小型化超宽带圆极化漏波天线。结果表明:该天线在11.2~17 GHz的工作频带内,回波损耗小于-10 dB,S21小于-6 dB,11.2~16.2 GHz频段内轴比小于3 dB,增益范围在10~15 dBic,具有从后向空间(-27°)到前向空间(+30°)的连续扫描性能。该设计方法为高性能、紧凑型微波、毫米波和太赫兹系统的开发设计提供了新思路。

    Abstract:

    Substrate Integrated Waveguide (SIW) has been widely used in the design of microwave circuits and systems due to its low insertion loss and high-quality factor. However, compared to traditional microstrip lines, SIW has larger transverse dimensions, which limits its application in miniaturized and compact microwave circuits and systems. This paper proposes a SIW-SSPP hybrid circuit by integrating a three-dimensional SSPP structure composed of metallized blind vias and metal patches. Theoretical analysis of dispersion characteristics and full-wave electromagnetic simulations demonstrate that this SIW-SSPP integrated hybrid circuit can achieve a 30% reduction in transverse length and a 50% reduction in longitudinal length of the transmission line. Furthermore, by etching an orthogonal radiation structure on top of the SIW-SSPP hybrid circuit, a compact ultra-wideband circularly polarized leaky-wave antenna was designed. The results indicate that the antenna exhibits a return loss below -10 dB and an S21 below -6 dB within the operating frequency band of 11.2 to 17 GHz. It achieves an axial ratio of less than 3 dB between 11.2 and 16.2 GHz. The antenna's gain ranges from 10 to 15 dBic. It also features continuous scanning performance from backward space (-27°) to forward space (+30°). This design method provides a new approach for the development and design of high-performance, compact microwave, millimeter-wave, and terahertz systems.

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    引证文献
引用本文

姜雄飞,韩坤霖,王勇,毛著章,鲍秀娥,孙厚军,司黎明. SIW-SSPP集成混合电路小型化圆极化漏波天线设计[J].遥测遥控,2025,46(1):16-22.

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历史
  • 收稿日期:2024-07-06
  • 最后修改日期:2024-07-28
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2025-01-15
  • 出版日期:
  • 优先出版日期: 2025-01-15