[發明專利]一種垂直極化的超寬帶低剖面Vivaldi天線

在審

• 申請號: 201810319554.6
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108649331A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 屈世偉;肖林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q13/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明公開了一種垂直極化的超寬帶低剖面Vivaldi天線，屬于無線通信技術和雷達技術領域。該天線包括金屬接地板、指數漸變板、矩形開槽板、以及同軸線；所述指數漸變板垂直放置于金屬接地板、矩形開槽板之間，與金屬接地板之間形成一個漸變槽。本發明在貼近金屬接地板的情況下，在很寬的頻帶內實現近似端射方向上的輻射；大幅度降低了Vivaldi天線剖面高度的情況下，保留指數漸變Vivaldi天線的寬帶特性，在端射方向上實現了良好的寬帶輻射特性。本發明天線結構緊湊，加工裝配簡單，具有足夠的機械強度，可以被應用于實際。

技術領域

本發明屬于無線通信技術和雷達技術領域，具體涉及以同軸線直接饋電，實現垂直極化的超寬帶低剖面Vivaldi天線。

背景技術

超寬帶天線應用于有大工作帶寬需求的無線通信系統，具有低功耗、高數據傳輸速率、高時間分辨率、強抗干擾能力、低成本等優勢。自上世紀60年代起，超寬帶技術主要應用于政府以及軍事的無線電通信和雷達系統領域。為使超寬帶技術能夠應用于商業市場，并且與其他已經存在的電子系統不相互干擾，從2002年起，幾個國家制定了低于900MHz和3.1-10.6GHz的帶寬標準，可直接用于超寬帶系統而無須得到授權。這使得超寬帶的應用更為廣泛，包括成像、車載雷達、通信和測試系統等，同時也不可避免地為超寬帶天線設計帶來了巨大挑戰，需要考慮阻抗匹配、群延遲、輻射特性、低成本、小體積等諸多因素來實現超寬帶特性。目前能夠實現超寬帶端射天線的主要結構有兩種：一是漸變結構，將天線視為從50Ω輸入阻抗變換到377Ω自由空間的匹配網絡，漸變結構能使阻抗在很寬的頻率范圍內保持穩定，保證天線獲得很寬的阻抗帶寬，主要形式是由介質基板和漸變開槽金屬板構成的漸變槽線天線；二是非頻變結構，天線以任意比例變換后仍等于原來的結構，比較典型的是螺旋天線和對數周期天線。

Vivaldi天線是P.J.Gibson于1979年提出的一種超寬帶端射漸變槽天線，電磁波沿指數槽線傳播，不同頻率的電磁波在不同寬度的槽開口處開始輻射，屬于非頻變天線和行波天線的一種，被廣泛應用于超寬帶系統、相控陣天線、探測雷達等領域。Vivaldi天線主要有兩點優勢：一是易于制造，成本低廉，通過PCB加工工藝印刷在介質基板上，而且由于平面結構，容易與單片微波集成電路集成在一起；二是擁有良好的輻射特性，比如超寬帶、高增益、寬波束、低副瓣以及低交叉極化等，在端射方向上，E面(平行于介質基板)和H面(垂直于介質基板)的波束寬度近似相等，即有著近乎對稱的端射波束形狀，可以作為透鏡天線和反射面天線的饋源。隨著天線長度的增加，波束寬度變窄。傳統Vivaldi天線一般通過印刷在介質基板兩側的微帶槽線裝置來饋電，其帶寬主要受到該饋電結構的限制，如果設計得當，能夠實現高達6:1，甚至是10:1的VSWR小于2的帶寬。通過對大量的參數進行研究后發現，Vivaldi天線的漸變槽天線長度大于一個最低頻率的波長時能夠實現最佳性能，這意味著想要保證Vivaldi天線好的低頻輻射特性，其平面尺寸會很大。

Vivaldi天線在超寬帶通信系統中的優勢非常明顯，輻射特性優異而且成本低廉。但是當Vivaldi天線在貼近金屬面的地方工作時，其輻射特性會受到很大影響。平行于金屬面放置時，如果間距較小，其微帶槽線饋電裝置會受到金屬面的影響而惡化，導致整個天線的輻射性能下降，另外波束指向會偏離端射方向；垂直于金屬面放置時，在垂直面上高度會很大，天線的機械強度難以得到保障。因此，結合天線的使用場景，對傳統的Vivaldi天線進行改進并應用于超寬帶通信系統中具有很大的實用價值。

發明內容

本發明的目的在于：結合實際的應用場景，對傳統Vivaldi天線進行改進，用以實現超寬帶低剖面端射。本發明的一種垂直極化的超寬帶低剖面折疊Vivaldi天線，可以大幅度降低Vivaldi天線的剖面高度，使得整個天線結構更為緊湊，同時保證天線在很寬的頻帶內具有良好的朝端射方向的輻射特性。本發明天線的加工與裝配簡單，具有足夠的機械強度，可以被應用于實際。