基片集成波导馈电的电磁互补偶极子天线研究(3)
1.2 偶极子天线的研究现状
目前，一些研究已经集中在宽带非定向天线单元的研制上[2-4]。非定向天线可以通过在一个有限平面上放置四分之一波长的偶极子来实现。由于这种天线在波长方面的归一化高度依赖于频率, 因而，在工作带宽之内天线的增益和波束宽度变化很大。另一种普及的非定向天线是微带-贴片天线。已有许多关于使用L型探针馈电[5]，双缝馈电[6]，堆叠贴片[7]或U型槽贴片[8]等宽带贴片天线设计的文章。对于许多无线通讯系统而言，通过这些设计方案达到实现相对带宽在20％至40％之间，驻波比≤2的要求是完全可以的。然而，辐射方向图的变化大幅跨越这些设计的带宽。高交叉极化通常十分明显，尤其是在高频段。虽然一些技术如反相位消除[9]，双L探针耦合馈电[10]，M探针馈电[11]等被用来抑制交叉极化，但这些天线在E面H面上波束宽度不同，同时增益和波束宽度随频率变化也十分明显。
因在整个通带内有着带宽较宽，增益和结构稳定的优点，电磁偶极子天线被人们所熟知。这些天线具有结构简单，易于制造，成本低的特点。工作频率越来越高是最近无线通信的趋势，比如毫米波和太赫兹频段。因此，研制工作在更高频段的天线是目前普遍的需求。一些毫米波天线的设计成本低但在窄带宽上性能很差。在整个工作带宽上它们没有良好的辐射方向图。因此有研究者提出了利用微波基板上制作好的ME偶极子形成新型的毫米波天线结构[12]。该天线不管是在辐射单元还是馈线上其固有结构依然是简单的。该设计的优势在于整个通带上均具有较宽的阻抗带宽，良好的定向辐射方向图并且制造成本较低。
1.3 本课题方案的提出
最初的偶极子天线虽然简单但是工作频段比较低，体积大，难以与平面电路集成，因而很难满足现代技术的发展对器件及系统小型化、集成化的要求。微带电路具有体积小、重量轻、易于集成等优点，但是其功率容量小，Q值低，难以组成阵列,因而在某些方面的应用受到限制。
现在有一种可以供选择的不同于上述制造过程的方法，即：直接将矩形波导合并如微带的衬底中。它是通过在用于构造平面电路的称底上嵌入两列平行并排列成直线的金属孔构成的，这两列金属孔构成了波导的窄壁。这样一来可以将诸如微带线，共面波导和矩形波导构筑在同一称底上并且只需要一种结构简单的过渡段就可以达到两者的匹配。这就是近来已经提出的基片集成波导(SIW)的概念。这使得整机系统发生了重大变化，越来越多的小型、微型通信系统可以广泛应用于国防、航天、通信等领域。
基片集成波导(SIW，substrate integrated waveguide)，是结合了矩形波导和微带线平面结构二者优点的一种新型结构，可以解决上面所述的难题。目前，PCB制造工艺很成熟,常用的微带就是在PCB上面的布线来做成的。
加拿大的Poly Grames Research Center是SIW技术的发源地，他们取得了很多成就。国内的东南大学在这个领域也开展了大量的工作，研制了定向耦合器和SIW槽天线。南京理工大学在此领域也做了相当多的工作，已研制出H面3dB混合环、铁氧体环型器、滤波器、SIW喇叭天线、谐振器、耦合器。目前SIW器件正处于刚起步阶段, 很多理论和实践都等待大家去努力研究和开发。
目前已有多种有源和无源器件用这种技术来实现，比如功率分配器、定向耦合器、滤波器、天线、功率放大器、混频器。另外，关于SIW技术的理论研究也有了一定的进展，FDFD方法被用来研究SIW的传输和漏波特性。实践已经证明，SIW技术作为一种新兴的传输线设计平台，融合了传统的金属矩形波导和微带传输线的双重优点，具有很好的应用前景。