- 选题的目的与意义
现代通信频率逐渐向毫米波方向发展，低剖面、高效率、高增益的毫米波天线成为研究的热点。传统微带、SIW等馈电网络在毫米波损耗很大，限制了平面毫米波天线的发展。本课题针对毫米波波段，研究低损耗馈电网络设计，并结合毫米波平面辐射单元，进行高效率的毫米波平面天线设计的研究。
通过学习传输线工作模式及损耗的分析理论，调研毫米波低损耗传输线方案，结合理论与仿真软件，对比分析低损耗传输线、功分器、耦合器在毫米波波段的馈电优势，结合微带贴片或者缝隙等平面辐射单元，掌握传输线损耗分析方法，研究低损耗馈电网络设计，并结合毫米波平面辐射单元研究高效率的毫米波平面天线的设计，实现满足设计要求的天线设计目标。
通过毕业设计，学会根据课题任务查阅文献、综述现有技术和理论研究，在运用已学知识的基础上，不断学习相关的新知识和新技术，培养理论结合实践、独立解决实际工程问题的科研能力。
- 技术现状和发展趋势
现在通信系统对传输速率要求越来越高，高频的微波、毫米波能够满足信号高速传输要求，高频微波、毫米波电路吸引了研究者的大量研究。然而目前传统的导波结构已经不能满足高频电路设计要求[1]。例如图1（a）所示的微带线结构，在Ku波段及以上频率存在辐射损耗、表面波、插入损耗和易受到外部电路干扰等问题。同样辐射损耗及表面波问题也存在于带状线中。图1（b）所示的带状线位于两个接地的介质板中间，这样在给定频率下带状线的宽度大约只有微带线的一半。因此，在两个接地的介质板中间带状线其导体粗糙程度和高密度电流容易产生高的传输损耗。同时高频电路需要高的加工精度，这也是带状线的一个巨大挑战。图1（c）所示的传统矩形波导在毫米波段具有很好的传输性能。然而纯金属的矩形波导具有重量大和小的介电常数使其尺寸较大，这就极大的限制了矩形波导在通信系统中的应用。
图1.1（a）微带线结构（b）带状线结构（c）传统矩形波导结构
21世纪初，新的平面基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）技术被蒙特利尔大学吴柯教授提出。其可以应用于高频的微波、毫米波电路，同时可以与其它平面电路集成[2]。图1.2为文献[1]基片集成波导结构示意图。采用印刷电路板（PCB）印刷技术加工的基片集成波导电路可以有效降低制造成本、重量和降低尺寸。在过去的十几年的时间中，全世界的研究者们对基片集成波导的微波、毫米波器件做出了大量的研究，例如传输波导、滤波器、双工器、天线、功率分配器、耦合器、环形器、振荡器等器件。通过前面的研究验证了基片集成波导在高频微波、毫米波下，能够实现很好的性能，解决了微带线、带状线和传统矩形波导在高频时出现的问题。但是当传输TE模式波的基片集成波导与其它传输横电磁波（TEM）模式波或准TEM波的电路集成时，就容易产生模式转换损耗。除此之外，基片集成波导也会增加例如渐变线等额外的电路，这样会增加电路的插入损耗以及不利于电路集成。
图1.2基片集成波导结构
基板集成波导（SIW）结合了平面线和非平面波导的优点，可实现低成本和紧凑的毫米波集成。此外，基于SIW架构的天线可以很方便地与有源芯片和设备集成[3]。因此，它是W波段天线和馈送网络应用的良好解决方案。然而，基于SIW的阵列天线面临着一些挑战：1）高增益、2）宽带宽、3）小型化以及4）低成本、高可靠性的制造。最近，一些SIW毫米波天线已经开发出来，但不能完全满足上述要求。例如，SIW插槽阵列天线的增益和带宽之间存在权衡。SIW插槽阵列可以馈送各种类型的贴片天线，但这种谐振馈送技术还会导致带宽的窄，阵列大小也会增加。此外，基于树状分频器的馈送网络变得非常大。低温共燃陶瓷（LTCC）技术可实现毫米波SIW阵列天线，中性能良好，但与标准多层PCB制造相比，成本更高。
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