[發明專利]一種高倍頻程雙極化Vivaldi天線

在審

• 申請號: 201710507022.0
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107369887A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 沈艷芳;張長帥;于建明
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/42;H01Q1/50;H01Q13/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 李微微,仇蕾安

技術領域

本發明屬于超寬帶雙極化天線技術領域，具體涉及一種高倍頻程雙極化Vivaldi天線，可應用于對信號時域波形的保真度有較高要求的寬頻帶時域雷達和通信系統中。

背景技術

時域雷達和通信系統利用的是電磁波的時域特性，因此對信號時域波形的保真度有較高要求。此外，時域天線要同時滿足瞬時帶寬寬、帶內相位響應平坦、相位中心穩定等要求。從寬帶天線角度出發：加脊TEM喇叭天線和Vivaldi天線的時域信號保真性較好，而對數周期天線和背腔阿基米德螺旋天線則出現了嚴重的失真。此外，很多學者也對Vivaldi天線的時域特性進行了研究，說明了其具有優異的時域特性。從體積、加工及批量生產、成本及易集成等方面考慮，Vivaldi天線也具有不可比擬的優良特性。基于Vivaldi天線的這些優點，它已經被廣泛研究應用于雷達和通信領域。

Vivaldi天線屬微帶端射行波天線，具有微帶天線諸多優點，且可以實現超寬帶特性。目前關于Vivaldi天線的研究內容主要：經典Vivaldi天線、對拓Vivaldi天線及平衡對拓Vivaldi天線。經典Vivaldi天線通常采用微帶饋電方法，扇形微帶終端起終端負載匹配作用，其帶寬受微帶線槽線過渡轉換的限制。1988年EhudGazit提出了一種對拓型Vivaldi天線，將兩條指數漸變線設置在基板的兩側，通過微帶線對其中一側饋電，將其接地面漸變處理，從而形成微帶到雙線的饋電形式。這種饋電形式帶來天線帶寬的大幅提高，然而由于天線兩輻射面之間的偏移，縫隙間電場與水平面成一個角度，導致其電場不對稱，并產生很高的交叉極化。平衡對拓Vivaldi天線是在對拓Vivaldi天線的基礎上增加了一層漸變結構金屬層，天線用帶狀線饋電從而實現平衡饋電，這種天線電場上下對稱，一定程度上改善了交叉極化性能，但是其左右電場不對稱，依舊會出現天線方向圖的不對稱。

對拓Vivaldi天線或者平衡對拓Vivaldi天線跟經典Vivaldi天線相比，可以大大拓展天線的帶寬特性，且主要表現為高頻端可以擴展到極高的頻率，但同時帶來了非期望特性：對拓Vivaldi天線由于電場不對稱導致交叉極化較高，平衡對拓Vivaldi天線其左右電場不對稱，導致方向圖不對稱，輻射特性不理想。

雷達或通信系統對高集成、小型化設備的需求，使得天線的小型化研究成為熱點。依據天線的工作原理：不論對拓Vivaldi天線或者平衡對拓Vivaldi天線，還是經典Vivaldi天線，其低頻端工作頻率均受天線口徑尺寸的制約，天線低頻端下限擴展及小型化設計是天線設計的一個重點。基于經典Vivaldi天線在交叉極化及方向圖輻射特性等方面的優良特性，部分學者對其寬頻帶或小型化、雙極化等性能進行了研究，但天線的倍頻程阻抗帶寬基本小于5。此外，研究表明采用電阻加載的方法可以實現天線的小型化和寬頻帶設計。該方法在一定程度上縮小了天線的尺寸，改善了天線在低頻段的特性，可以達到小型化的目的。但是加載電阻以后，一方面由于部分能量被電阻吸收，導致天線效率降低；另一方面，增加了天線的成本和結構復雜度，不滿足高集成度系統需求，同時元器件的引入，降低了系統在結構方面的可靠性。

雷達或通信系統不僅需要天線具有超寬帶特性而且還需要雙極化工作來改善雷達的目標偵查和反偵查能力。現有經典Vivaldi天線設計中，不論是應用于電子對抗、寬帶通信的雙極化Vivaldi天線，還是應用于導引頭的雙極化Vivaldi天線，其倍頻程阻抗帶寬基本為4到6倍。目前，盡管眾多學者關于經典Vivaldi天線的超寬頻帶、小型化設計取得了較大進展，但是適用于2-18GHz甚至更寬頻帶的雷達或通信系統時，其天線設計及工程化應用還需要做進一步完善或改進。

現有經典Vivaldi天線結構見附圖1，不論是寬頻帶小型化Vivaldi天線，還是雙極化Vivaldi天線，天線倍頻程阻抗帶寬基本小于6，而加載電阻的小型化天線不僅降低了天線輻射效率，還增加了結構復雜度和加工難度。

對拓Vivaldi天線結構見附圖2，跟經典Vivaldi天線相比，可以大大拓展天線的帶寬特性，且主要表現為高頻端可以擴展到極高的頻率，但由于電場不對稱導致交叉極化較高。

平衡對拓Vivaldi天線結構見附圖3，跟對拓Vivaldi天線相比：上下電場基本對稱分布，但是其左右電場不對稱，導致方向圖不對稱，輻射特性不理想。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種具有較高倍頻程阻抗帶寬的雙極化天線，且其雙極化特性可以改善雷達的目標偵查和反偵查能力。