超宽带Vivaldi天线制造技术

一种超宽带Vivaldi天线，包括基板、渐变开口槽和馈电单元，所述基板的上表面贴附有导体贴片，渐变开口槽设置在所述基板的上表面上，呈喇叭形开口；馈电单元设置在基板上，在所述渐变开口槽的两侧开设有半椭圆开口槽。进一步地，在渐变开口槽的开口端设置有超表面透镜，超表面透镜由多个超表面透镜单元排布而成。在不改变天线整体尺寸的基础上，通过设置半椭圆开口槽，改善了天线的低频阻抗带宽，扩宽了天线的工作带宽。另外，增设超表面透镜的Vivaldi天线提高了天线高频段的增益，改善了天线在高频段的辐射性能。

【技术实现步骤摘要】
超宽带Vivaldi天线
本专利技术涉及天线
，具体涉及一种超宽带Vivaldi天线。
技术介绍
随着科学技术的迅猛发展，信息网络和无线通信技术成为了人们生活中非常重要的一部分。无线通信设备的大量普及给我们的日常生产生活带来很多的便利。但是随之而来的频谱资源的越来越紧张，给无线通信技术的发展带来了挑战。在这种背景下，超宽带技术因其具有的高速率传输、低功耗等优点受到了研究者的广泛关注，其中超宽带天线的设计起到了至关重要的作用。Vivaldi天线是一种平面结构的超宽带渐变开槽天线，因其具有的超宽带、低剖面、易加工等优点，受到了研究者的青睐。渐变开槽天线作为典型的超宽带天线在阻抗带宽、增益、交叉极化、波束宽度、副瓣电平以及定向辐射等方面具有显著的优点。渐变开槽天线具有高性能的超宽带辐射性能，通常可以覆盖几个甚至几十个倍频程的阻抗带宽。由于渐变开槽天线的表面电流主要集中在指数渐变线的内边缘，因此该类型天线的性能主要由指数渐变线的形状以及馈电方式决定。Vivaldi天线作为一种典型的渐变开槽天线，其主要由两部分组成：指数渐变开口槽和馈电部分，如图1所示是原始Vivaldi天线的正面图，两个指数渐变的曲线围成了用于辐射的开口槽。如图2所示是原始Vivaldi天线的背面图，馈电结构由一段微带和终端的扇形匹配枝节组成，馈电采用耦合馈电的方式。由上面的分析可知，Vivaldi天线的表面电流主要分布在指数渐变槽的内测，当从微带馈电结构上馈电时，首先在天线最窄处的开口槽部分耦合出电流，然后电流沿着开口槽传播，从而将电磁波辐射出去。在低频段时，天线的工作状态为谐振状态，在高频段时天线的工作状态是行波状态，而天线开口槽的最大处与低频段的辐射性能有关，开口槽的最窄处与天线高频段的工作状态有关。因此在天线的整体尺寸确定的情况下，Vivaldi天线的低频工作性能就基本确定了，因此对于传统的Vivaldi天线来说，要想获得更好的低频特性，一般需要增大天线的尺寸。但在一些实际应用中，天线的尺寸会受到严格的限制，因此就需要考虑其他的改进方案来改善天线的低频特性。对于传统的Vivaldi天线，当两个辐射极板上的电流相位相差180°时，两个极板上的电流耦合度较高，天线就可以在端射方向上获得很好的辐射方向图。但是在高频处，天线两个极板上的电流相位变化较大，不能很好的维持180°的相差，两个极板上的电流耦合度降低，就导致天线在高频段处的增益降低，方向图出现不规则。因此传统Vivaldi天线存在高频段增益恶化的问题需要改善。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了一种超宽带Vivaldi天线。为实现上述技术目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：超宽带Vivaldi天线，包括基板、渐变开口槽和馈电单元，所述基板的上表面贴附有导体贴片，渐变开口槽设置在所述基板的上表面上，呈喇叭形开口；馈电单元设置在基板上，在所述渐变开口槽的两侧开设有半椭圆开口槽。作为本专利技术的优选方案，所述渐变开口槽由两条呈指数渐变的曲线围成。作为本专利技术的优选方案，所述渐变开口槽两侧的半椭圆开口槽以渐变开口槽的中心线为对称轴对称设置。作为本专利技术的优选方案，所述渐变开口槽两侧的半椭圆开口槽有多个，同一侧的半椭圆开口槽等间距排列。作为本专利技术的优选方案，所述同一侧的半椭圆开口槽的尺寸沿着渐变开口槽的开口方向逐渐变小。作为本专利技术的优选方案，所述半椭圆开口槽的尺寸包括半椭圆开口槽的长轴和短轴。作为本专利技术的优选方案，在所述渐变开口槽内设置有超表面透镜单元，超表面透镜单元呈十字形，由两块相互垂直交叉的矩形金属贴片组成。作为本专利技术的优选方案，改变超表面透镜单元的两块矩形金属贴片的长度能够分别对x和y极化方向的电磁波进行调制。作为本专利技术的优选方案，超表面透镜单元有多个，多个超表面透镜单元排布成超表面透镜。超表面透镜设置在渐变开口槽的开口端。作为本专利技术的优选方案，超表面透镜单元的数目越多，天线的辐射性能越好。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术通过在原始Vivaldi天线中刻蚀半椭圆槽线，形成半椭圆开口槽，在不改变天线整体尺寸的基础上，改善了天线的低频阻抗带宽，扩宽了天线的工作带宽，设计得到的Vivaldi天线实现了6-18GHz频段的完全匹配。(2)针对Vivaldi天线在高频段增益下降的问题，本专利技术设计了一种超宽带的、结构简单、易于加工的可双极化调制的超表面透镜单元，将超表面单元按照一定的规则排布成超表面透镜，超表面透镜设置在渐变开口槽的开口端。增设了超表面透镜的Vivaldi天线提高了天线高频段的增益，改善了天线在高频段的辐射性能。(3)本专利技术将半椭圆开口槽和超表面透镜结合在一起来解决传统Vivaldi天线存在的问题，最终所设计的Vivaldi天线获得了良好的辐射性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为原始Vivaldi天线的正面图；图2为原始Vivaldi天线的背面图；图3为原始Vivaldi天线的尺寸图；图4为原始Vivaldi天线的S11仿真曲线图；图5为本专利技术实施例1的结构示意图；图6为实施例1与原始Vivaldi天线S11曲线对比图。图7为实施例1与原始Vivaldi天线增益曲线对比图。图8为本专利技术设计的超表面透镜单元的结构示意图。图9为本专利技术设计的超表面透镜单元的S参数仿真曲线图。图10为本专利技术实施例2的结构示意图。图11为原始Vivaldi天线、实施例1提供的Vivaldi天线以及实施例2提供的Vivaldi天线的S11仿真曲线对比图。图12为原始Vivaldi天线、实施例1提供的Vivaldi天线以及实施例2提供的Vivaldi天线的增益曲线对比图。图13为实施例2提供的Vivaldi天线的实物图。图14为实施例2提供的Vivaldi天线测试得到的S11曲线图。图15为实施例2提供的Vivaldi天线6-12GHz频段测试到XOZ面方向图。图16为实施例2提供的Vivaldi天线6-12GHz频段测试到XOY面方向图。图17为实施例2提供的Vivaldi天线12-18GHz频段测试到XOZ面方向图。图18为实施例2提供的Vivaldi天线12-18GHz频段测试到XOY面方向图。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示是原始Vivaldi天线的正面图，两个指数渐变的曲线围成了用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超宽带Vivaldi天线，包括基板、渐变开口槽和馈电单元，所述基板的上表面贴附有导体贴片，渐变开口槽设置在所述基板的上表面上，呈喇叭形开口；馈电单元设置在基板上，其特征在于，在所述渐变开口槽的两侧开设有半椭圆开口槽。/n

【技术特征摘要】
1.超宽带Vivaldi天线，包括基板、渐变开口槽和馈电单元，所述基板的上表面贴附有导体贴片，渐变开口槽设置在所述基板的上表面上，呈喇叭形开口；馈电单元设置在基板上，其特征在于，在所述渐变开口槽的两侧开设有半椭圆开口槽。


2.根据权利要求1所述的超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述渐变开口槽由两条呈指数渐变的曲线围成。


3.根据权利要求1所述的超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述渐变开口槽两侧的半椭圆开口槽以渐变开口槽的中心线为对称轴对称设置。


4.根据权利要求3所述的超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述渐变开口槽两侧的半椭圆开口槽有多个，同一侧的半椭圆开口槽等间距排列。


5.根据权利要求4所述的超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述同一侧的半椭圆开口槽的尺寸沿着渐变开口槽的开口方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，潘少鹏，赵宁，冯杨，陈攀，于杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43