[發明專利]一種應用于成像系統的Vivaldi天線裝置

有效

• 申請號: 201610237239.X
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105742807B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;潘柏操;孫忠良
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/52;H01Q19/06;H01Q15/02;H01Q13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于天線材料領域，尤其涉及一種應用于成像系統的Vivaldi天線裝置。

背景技術

新型人工電磁材料，又稱超材料，英文名Metamaterials，通常由周期性亞波長金屬或介質結構組成。根據洛倫茲模型描述，超材料結構可以有效地耦合電場或磁場并提供電或磁諧振特性。由于超材料單元通常涉及為亞波長尺寸，滿足等效媒質理論。超材料陣列可以利用復數形式的等效介電常數c(ω)-c_r(ω)+ic₁(ω)以及等效磁導率μ(ω)＝μ_r(ω)+iμ₁(ω)來加以描述。一系列基于零折射率、漸變折射率以及變換光學的超材料透鏡被加以研究和報道。自從1979年Gibson研制Vivaldi天線以來，這種超寬帶天線得到了廣泛的關注并被應用于成像系統、通信系統以及其他超寬到系統中。Vivaldi天線在寬帶內提供一個寬H面波束寬度、窄E面波束寬度的輻射特性。考慮到特定系統對天線增益的需求，一系列基于超材料設計的零折射率透鏡加載Vivaldi天線得到報道。而在成像系統中，尤其是寬帶成像系統中，對天線波束寬度，即輻射覆蓋范圍，要求非常迫切。而原始Vivaldi天線受結構特點的制約，無法有效提供E面波束寬度的拓寬。同時，由于其良好的H面覆蓋范圍，天線與天線間隔離無法有效得到抑制。本發明提出了一種加載在天線漸變槽線端口的平面超材料透鏡，在不增加天線固有尺寸以及不破壞H面輻射特性的基礎上，實現了E面方向圖波束寬度的拓展。另外，利用金屬腔體加載來隔離天線間信號互耦，并通過加載三維超材料透鏡，拓寬E面和H面方向圖波束寬度，以實現同時提高隔離度和波束寬度的需求。

發明內容

發明目的：為了解決現有Vivaldi天線E面輻射波束寬度過窄以及互耦過強的問題，本發明提供一種應用于成像系統的Vivaldi天線裝置，能夠在不增加天線固有尺寸以及不破壞H面輻射特性的基礎上實現E面方向圖波束寬度的拓展。

技術方案：為了實現上述目的，本發明提供一種應用于成像系統的Vivaldi天線裝置，該天線裝置包括：兩組相對設置的Vivaldi天線陣列，每組所述Vivaldi天線陣列包括并排設置的多個Vivaldi天線，所述Vivaldi天線包括：介質基板、漸變槽線、微帶線以及二維超材料透鏡，所述漸變槽線位于所述Vivaldi天線與另一組Vivaldi天線陣列相對的一側面上，其槽線開口始端處設置有圓形諧振腔；所述微帶線位于Vivaldi天線的另一側面上；所述二維超材料透鏡位于所述漸變槽線的開槽區域，所述二維超材料透鏡包括多列“I”型超材料基本單元，且沿天線的出射方向，位于最外側的一列超材料基本單元的尺寸與其他列超材料基本單元的尺寸不同。

其中，每列所述超材料基本單元沿所述開槽區域的中心線呈對稱分布。

其中，每組所述Vivaldi天線陣列的兩側各設置有一組半矩形金屬外框，所述半矩形金屬外框將每組Vivaldi天線陣列中的Vivaldi天線進行隔離，每組所述半矩形金屬外框與所述Vivaldi天線之間還設置有多層超材料陣列介質插片，每層所述超材料陣列介質插片上設置有多列超材料基本單元。

進一步地，每組所述半矩形金屬外框的尺寸相同，且僅覆蓋所述介質基板上圓形諧振腔的邊界至其邊界所限制的矩形區域。

進一步地，每層所述超材料陣列介質插片之間設有一定間距，且每層介質插片只覆蓋漸變槽線的開槽區域。

有益效果：本發明中的應用于成像系統的Vivaldi天線裝置，通過加載一組平面新型人工電磁材料單元陣列，實現了Q波段Vivaldi天線寬波束性能。通過調整超材料單元的尺寸，可以有效且方便地調整透鏡等效折射率分布，在不影響Vivaldi天線H面方向圖波束寬度的同時，有效增加了E面方向圖波束寬度。且整個設計為平面設計，沒有占據過多額外空間，便于集成，該方案具有操作方便、加工簡單的特點。

進一步地，通過加載金屬外框與多層超材料陣列介質插片形成三維超材料透鏡，有效實現了天線間高隔離、寬波束特性。金屬外框所形成的腔體有效抑制了天線陣列間信號串擾問題，提高了系統隔離度，為了避免金屬腔體的引入限制天線H面方向圖半功率波束寬度，同時，為了提高E面方向圖波束寬度指標，在金屬外框與天線前端之間加載多層超材料陣列介質插片，同時對E面和H面輻射進行優化，實現E面與H面方向圖寬波束特性。

附圖說明

圖1是本發明的一種應用于成像系統的Vivaldi天線裝置的整體結構示意圖；