[發明專利]一種寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線

在審

• 申請號: 201510979603.5
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105576380A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 王亞偉;王光明;梁建剛;高向軍;朱莉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10;H01Q1/38
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明屬于天線技術領域，尤其涉及一種寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線。

背景技術

漸變開槽天線(Taperedslotantenna，TSA)是一種典型的表面波端射天線。它依 靠蝕刻在介質板上的漸變槽線實現慢波效應，并在傳輸電磁波的過程中通過逐漸張開的槽 線輻射能量。漸變開槽天線在很寬的頻帶內具有良好的端口匹配、穩定的增益、寬度相近且 對稱的E面H面方向圖、重量輕、易于加工及集成等優點，因而被廣泛應用于射電天文、探地 雷達、超寬帶通信、超寬帶成像等領域。漸變開槽天線的槽線結構，主要有三種典型的形式： 指數漸變開槽天線(Exponentiallytaperedslotantenna，ETSA)，也叫Vivaldi天線；線 性漸變開槽天線(Linearlytaperedslotantenna，LTSA)；寬度不變槽天線(Constant widthslotantenna，CWSA)。在這三種傳統的漸變開槽天線中，ETSA帶寬最寬，LTSA次之， CWSA最窄；CWSA具有最高增益，最窄波束，LTSA次之，ETSA增益最低，波束最寬。可見，ETSA， 也就是Vivaldi天線更符合現代天線對寬帶寬的要求，但是，如何在全工作頻帶范圍內提高 Vivaldi天線的輻射增益就成為天線工程師們面臨的一個重要問題。

Vivaldi天線是漸變開槽天線中的非頻變天線，具有最寬的頻帶，最穩定的輻射特 性，但也有相對較低的輻射增益。此外，在利用印制板技術實現時，介質板材料的影響會導 致天線高頻處的波束分裂。

提高Vivaldi天線輻射增益的技術基礎在于改善其槽線的口徑場分布。 R.N.Simons和R.Q.Lee最早在1998年討論了在漸變開槽天線前端利用不同形狀介質塊對天 線口徑場的改善情況，并研究了相應天線的增益變化，這種介質塊被稱為介質“引向器”， 其功能等同于簡單的介質透鏡。在這一思想基礎上，很多研究人員針對不同的應用要求設 計出了各種形狀和介電常數變化的介質“引向器”。另一種方法是伴隨著超材料的研究出現 的，研究人員通過在漸變開槽天線的槽線口徑內放置零折射率超材料結構，進而改善天線 的口徑場分布，提高天線的增益。這是目前用以提高Vivaldi天線輻射增益的兩種主要方 法，在下面的現有技術方案中將詳細闡述。

文獻“N.Ghassemi,andK.Wu.PlanarHigh-GainDielentric-LoadAntipodal LinearlyTaperedSlotAntennaforE-andW-bandGigabytePoint-to-Point WirelessServices[J].IEEETrans.Antennas&Propagat.,2013,61(4),:1747-1745”； “G.Teni,N.Zhang,J.H.Qiu,etal.ResearchonaNovelMiniaturizedAntipodal VivaldiAntennawithImprovedRaidation[J].IEEEAntennasWireless Propag.Lett.,2013,12:417-420”；“R.N.Simons,andR.Q.Lee.ImpedanceMatchingof TaperedSlotAntennaUsingaDielectricTransformer[J].ElectronLett.,1998,34 (24):2287-2289”；“K.Kota,andL.Shafai.GainandRadiationPatternEnhancement ofBalancedAntipodalVivaldiAntenna[J].ElectronLett.,2011,47(5):303-304：采 用的方法是利用介質“引向器”提高Vivaldi天線的輻射增益。這種介質“引向器”可以像透 鏡一樣改善槽線口徑內或槽線口徑外側附近的電場波前，使之接近平面波的波前分布，從 而實現遠場輻射的高增益。通過改變口徑場分布的方式提高輻射增益的根本途徑，也是提 高Vivaldi天線增益的有效方法。介質“引向器”的使用需要突出的介質前端，或直接在口徑 內外加載高介電常數的介質塊，這種設計雖然能在較寬的頻帶范圍內提高天線的增益，卻 增加了天線的體積，設計也更加復雜。