用于毫米波应用的双频SIW腔体背衬天线的ELO-STRIP基阻抗调谐方法

《Scientific Reports》：ELO-STRIP BASED IMPEDANCE TUNING FOR DUAL-BAND SIW CAVITY-BACKED ANTENNAS FOR MMWAVE APPLICATIONS

　　

摘要

在毫米波频段实现双频带阻抗匹配仍然面临挑战，原因是介质损耗较高，且难以有效控制20 GHz以上的多个谐振模式。本研究提出了一种名为ELOngated strip（ELO-strip）的紧凑型结构，它是一种无基板的铜带，通过电连接方式与基板集成波导的腔体背槽天线相连，从而实现在27 GHz和39.8 GHz处的可控双频带工作。该结构通过延长有效的电气路径，并在SIW谐振器中引入分布式电感-电容负载，来改变腔体内的电流分布。这种电磁重分布增强了阻抗耦合效果，显著拓宽了可实现的阻抗带宽，同时保持了腔体的紧凑尺寸。通过集成两个短路引脚，可以改变电磁边界条件，从而无需额外的基板层即可实现第二谐振模式的可控激发。非对称的U形槽则可用于有选择地微调各频带之间的频率间隔。传统的SIW结构在27 GHz和39.8 GHz处的增益分别为9.83 dBi和7.93 dBi，带宽分别为5.85%和1.28%。而采用ELO-strip后，反射系数分别提升了7 dB和9 dB，增益仍保持在9.03 dBi和7.81 dBi，带宽分别为5.74%和1.97%，两个频段的辐射效率均在83%到94%之间。这表明通过合理的设计，可以实现增益与阻抗之间的平衡，从而满足特定应用的需求。