毫米波天线在E频段和V频段的新发展

天线用金属化过孔来合成喇叭壁，喇叭天线的开口从顶层到底层阶梯式张开。用多层PCB来制作天线原型来实现低成本，用平面宽带连接器实现SIW和共面波导的连接，易与共面波导集成。带宽为40%，如图4，辐射效率大于81%，如图5，70～105 GHz，增益在整个频段内相对恒定，10±1 dB，测量的交叉极化在H面大于21 dB，在E面大于36 dB，测量和仿真的|S11|在整个频带基本都小于-10 dB。

文献[4]为方向性平面波导天线阵列，特点为高增益和具有很好的方向性。天线包括两部分：高斯喇叭辐射单元（如图6）和混合馈电矩形波导网络，从而克服了空间限制，减小插入损耗。天线尺寸小于25 cm×25 cm×9 cm，工作在71～86 GHz，为64×64阵列，增益高达43 dBi，最小增益为40 dBi，工作带宽几乎20%，S11小于-14 dB。

文献[5]为波纹槽天线阵列。天线为高增益高效率16×16元槽阵列，工作在V频段。如图7，在天线馈电基片、腔基片和辐射槽基片之间不需要电连接，而使用缝隙波导技术来减小设计复杂度和成本。天线测量辐射效率达70%。

3 平面天线

平面天线包括微带天线和印制天线，由于体积小、重量轻、易于集成等特点在毫米波段应用特别广泛，形式种类也非常多，各种阵列天线在无线通信的应用尤其多，发展很迅速。

文献[6]提出的微带阵列主要的特点是低成本、高增益、高效率，应用于点对点通信系统中，实际结构如图8。天线结构分为两层，上面一层是4×4圆贴片阵列，下面一层是SIW馈电网络和功率分配器组成的馈电网络，通过在SIW的金属上表面蚀刻纵向槽来对贴片阵列馈电，提高了天线效率；用PCB来制作天线原型实现了低成本；将四个1×4天线阵列之间的基片去掉来减小它们之间的耦合，也将整个天线的增益提高了1.6 dB，将副瓣电平减小了1 dB。增加贴片下面基板的厚度将天线增益提高了2 dB；槽和贴片之间的耦合比槽和空气之间的耦合好，从而提高了天线的带宽。最终测得天线带宽为7.2%，81～86 GHz，增益在整个频段内恒定，为18±0.5 dBi，如图9，效率为90.3%，如图10。

文献[7]为介质加载的平面正反渐变槽天线，如图11，主要特点是低成本、高增益、高效率。介质加载是为了提高天线增益，SIW馈电结构和介质加载板都集成在一个平面单层基片上，成本低，易制作；用PCB板制造天线原型也实现低成本。测量的单个单元天线的增益为14±0.5 dB，80 GHz处的辐射效率为84.23%。用宽带SIW功率分配器将天线制成1×4天线阵列，测得的天线阵增益为19±1dB。

文献[8]为口径耦合贴片天线，特点为低成本、高效率、宽带宽，工作在58～65 GHz。如图12，天线为SIW馈电，用低成本的FR4和厚度为75 μm、有弹性的Pyralux基片提高天线效率和带宽。先制作传统的口径耦合天线，使其基于FR4和有弹性的薄Pyralux基片，得到很好的结果，9.7%阻抗带宽，60 GHz的最大增益为7.6 dBi。之后制作一种基于SIW技术的缝隙耦合天线，10%阻抗带宽，60 GHz的最大增益为7.9 dBi，由于后向辐射很低，效率很高，实测和仿真结果非常吻合。

文献[9]为折叠偶极子阵列，如图13，工作在48～64 GHz，天线特点为低成本、高效率、强的方向性。用低温共烧陶瓷（LTCC）来实现低成本；运用新的结构（一层覆盖面和两层分隔板）来提高性能，集成电路载体和天线用倒装式芯片连接，附加在覆盖面上。基片有两个腔，一个为无线电模具，一个在天线阵列下面，这样的结构使得有更宽的带宽和更高的效率；无线电模具的底片被扩展为天线阵列的一部分，来反射回到前面的辐射，从而增加天线阵列的方向性。整个频段内，s11小于-10 dB，效率90%，增益10 dBi，如图14。

文献[10]为基于基片集成波导的槽天线，工作在V频段。相比传统槽波导阵列天线，该天线具有更高的增益和更宽的带宽。如图15，天线的不同谐振频率的谐振槽沿着基片集成波导的不同位置排列，通过最小化不同谐振槽激励电压的变化，来提高天线的带宽和增益。 天线的阻抗带宽分别为20.8%，22.4%，18.8%，峰值增益为18.3，19.9和22.8 dBi。

4 行波天线

行波天线分两类，一类为电流行波天线，如长线行波天线、"V"形天线，偶极子加载天线等。一类为场行波天线，如八木天线，背射天线等。毫米波行波天线的结构很灵活，它们可以构成阵列并具有优异的扫描特性。如今毫米波波段微带准八木天线、八木天线阵列、背射天线、螺旋天线应用较多，发展迅速。

文献[11