1 、引言

差模跟蹤是一種高精度的自動跟蹤體制，它有著精度高、天線和差矛盾小等優點。眾所周知，傳統的多模自跟蹤差模提取技術通常利用圓波導差模耦合器來實現，而波形耦合器的設計是其關鍵的技術。這種波導耦合器對加工精度的要求很高，目前在應用較多的Ku或更低頻段上還可以滿足要求，但是如果到Ka甚至更高的頻段上，對設計和加工誤差的要求更高，往往很難得到令人滿意的結果。而一般的陣列天線方向圖等化性能差, 很難進行反射面的賦形。本文提出一種基于基片集成波導 (SIW) 技術的和差模提取方法，有效地降低了設計和加工的難度。SIW具有低剖面的平面結構，可以與微帶，CPW等平面傳輸線兼容，同時具有矩形波導和微帶線的優點，因此獲得了較為廣泛的應用。饋源由SIW的初級單脈沖輻射天線和多模喇叭組成，其整體結構如圖1所示。主要由SIW的單脈沖比較器，縫隙輻射單元和多模波紋喇叭組成。下面首先簡要介紹采用SIW技術設計的初級單脈沖輻射器。

圖1 單脈沖饋源結構圖

2 、基片集成波導單脈沖初級輻射器

利用SIW來設計縫隙單脈沖這列天線，單脈沖比較器由四個定向耦合器連接90度延遲線構成，這里我們利用偏置寬度構成90度移相器，使得比較器的結構更緊湊。連接四個SIW定向耦合器，構成單脈沖比較網絡，如圖2所示。端口5、6、7和8接縫隙輻射單元，可以產生初級的單脈沖輻射信號，作為多模喇叭的激勵信號。

圖2 SIW單脈沖比較器

比較器印制在高度為2mm，相對介電常數為2.65的介質板上。用HFSS仿真的各端口幅度和相位特性如表一所示。在仿真時為了減少計算時間，按照文獻[5]方法把SIW等效為相同高度但具有不同寬度的矩形波導。由表一可以看出，最大幅度不平衡度為0.19dB, 而最大相位不平衡度為6.9度。

表1 單脈沖比較器幅度相位特(頻率：14.25GHz)

連接端口5、6、7和8的SIW縫隙輻射單元結構及駐波特性如圖3所示，可以看出在14-14.5GHz范圍內的駐波小于1.5。

(a)SIW縫隙單元結構(ls = 8.9mm， x = 0.95mm，lt = 5.37mm)

(b) 縫隙單元的駐波特性

圖3 SIW縫隙輻射單元結構及駐波特性

3 、多模喇叭

用上述SIW單脈沖網絡產生的和差信號來激勵和差模兼載的波紋喇叭，可以在喇叭口徑上輻射出所需要的單脈沖方向圖，所設計喇叭的結構以及喇叭的尺寸如圖4所示：

圖4 多模喇叭截面及其尺寸

由SIW縫隙天線輻射單元產生的輻射場經過一段光滑壁段過渡到波紋段，波紋段的張角為

= 28。。在具有光滑壁的喇叭與SIW縫隙輻射單元的交界面上，輻射場的和信號與轉換成光滑壁喇叭的TE11模，而差信號轉換成光滑壁喇叭的TE21模，從而激勵起喇叭的和差模。在光滑壁喇叭與波紋喇叭的過渡面上，光滑壁喇叭的和模激勵起波紋波導的和模HE11模，方位面差信號則激勵起波紋波導的方位面差模，俯仰面差信號激勵起波紋波導的俯仰面差模。波紋喇叭的結構如圖5(a) 所示。我們截取了和差信號在波紋波導中不同截面上的電場分布情況以及模式轉換, 將其表示在圖5中。圖中明亮的地方表示場強較大的區域，圖(b),(c)和(d)分別表示和信號，方位差和俯仰差信號在喇叭中傳輸的場分布。

(a)對應的波紋喇叭示意圖 (b) 和信號

圖5 波紋喇叭結構及喇叭各口面的場分布

圖5(a) 中左邊的和差信號是由SIW單脈沖網絡形成的。經SIW縫隙單元輻射出的初級單脈沖信號，進入喇叭后與不同截面上的場相匹配，最終在喇叭的口面輻射出所需要的單脈沖方向圖。由上圖可以看出, 在口面上形成相應的和信號，方位差以及俯仰差信號，場匹配以及輻射結果令人滿意。

4 、結果與討論

結合上述理論分析，我們仿真得到喇叭口面輻射方向圖，如圖6所示。

圖6(a) 給出了Phi = 0。、30。、60。、90。、120。和150。這六個面的仿真和方向圖，可以看出各個面的和方向圖的等化性能很好,圖6 (b) 所示為俯仰面和方位面的差方向圖。圖7給出了和差端口的仿真駐波比圖，在14-14.5GHz范圍內VSWR < 2.0。其中，H面差端口駐波稍差，可以在微帶輸入端進行調試，使其達到最佳要求。

(a) 歸一化和方向圖

(b) 歸一化差方向圖

圖6 喇叭口面的輻射方向圖

圖7 和差端口的仿真駐波

本文提出了用SIW和差網絡技術的單脈沖初級天線提取和差模信號的方法，并完成了多模喇叭饋源的設計，得到了令人滿意的結果。結合這兩種技術，可以有效地緩解和差矛盾，從而可以提高反射面效率。只需要采用普通PCB工藝來設計和差信號提取網絡，從而避免了波導波形耦合器的設計復雜度和波導結構在毫米波波段的加工難度，并有效地降低了成本, 因此將有著廣泛的應用前景。

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