一种高增益反足Vivaldi天线制造技术

本发明专利技术公开了一种高增益反足Vivaldi天线，涉及微波天线设计领域，针对现有技术中天线增益不够的问题提出本方案。包括设置在介质基板两侧的底层天线板和顶层天线板；底层天线板和顶层天线板的馈电部分重叠并加载对应馈电结构；底层天线板设有底层反足，顶层天线板设有顶层反足；底层反足靠近顶层反足的底层辐射边为线性边缘，顶层反足靠近底层反足的顶层辐射边为线性边缘，顶层辐射边和底层辐射边为对称结构。优点在于，能在不改变原始指数型反足Vivaldi天线尺寸下提高增益。这款改进型的高增益超宽带Vivaldi天线有着结构简单，易于加工，成本低等优势，并为增强Vivaldi天线等端射天线的增益提供了新思路。底层金属过孔和顶层金属过孔的设置能进一步提高增益效果。层金属过孔的设置能进一步提高增益效果。层金属过孔的设置能进一步提高增益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益反足Vivaldi天线


[0001]本专利技术涉及微波天线设计领域，具体涉及一种高增益反足Vivaldi天线。

技术介绍

[0002]毫米波天线是5G通信射频芯片中的重要模块，广泛应用于汽车雷达、精确制导和卫星通信等等，在未来还将进入民用通信领域。近年来，我国投入巨资开展射电天文学的科学前沿研究和大型射电天文望远镜的研制。由于射电望远镜的巡天速度与相控阵馈源的超宽带天线的带宽成正比。Vivaldi天线作为一种超宽带天线，具有小型化，高增益，易于加工等优势，被广泛的当作超宽天线阵元来设计超宽带相控阵天线。例如荷兰的韦斯特伯格综合孔径望远镜采用了Vivaldi天线作为相控阵天线阵元。
[0003]随着综合国力的不断增强和科技水平的快速提升，采用超宽带Vivaldi天线作为天线阵元的技术方案，面向我国射电天文望远镜发展需求和工程应用，围绕射电天文用超导接收机的关键技术指标，从探索解决我国重大科学仪器射电望远镜相位阵馈源技术理论研究和关键技术出发，对于研究高增益小型化的Vivaldi天线是很有必要的。由于Vivaldi天线可以很容易的印制在PCB板材上并且结构简单，除了可以应用于射电天文望远镜，它也被大量设计使用于超宽带系统和5G基站天线等相关研究领域。
[0004]其结构一般如图1所示，底层天线板10和顶层天线板20分设在介质基板两侧面，底层天线板10和顶层天线板20的馈电部分重叠并且互相加载对应的馈电结构。其中介质基板作为公知设计，没有在图中表达。底层天线板10上端向上延伸并转向一侧，形成底层反足11。顶层天线板20上端向上延伸并转向另一侧，形成与底层反足11相对的顶层反足21。两反足相对应的边缘为辐射边，两辐射边均满足指数变化曲线。两天线板远离辐射边的对应边缘为弧形，并平滑过渡到馈电部。常用的天线尺寸外形为M
×
N，其中M＝14mm，N＝29mm。天线的外形尺寸直接影响被应用的设备电路设计，如何在不改变原始指数型反拓Vivaldi天线尺寸下提高增益是业内的技术难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种高增益反足Vivaldi天线，以解决上述现有技术存在的问题。
[0006]本专利技术所述高增益反足Vivaldi天线，包括：设置在介质基板下侧面的底层天线板以及设置在介质基板上侧面的顶层天线板；底层天线板和顶层天线板的馈电部分重叠并加载对应馈电结构；底层天线板上端向上延伸并偏向一侧形成底层反足，顶层天线板上端向上延伸并偏向另一侧形成顶层反足；底层反足靠近顶层反足的底层辐射边为线性边缘，顶层反足靠近底层反足的顶层辐射边为线性边缘，顶层辐射边和底层辐射边为对称结构。
[0007]底层反足远离底层辐射边的弧形边缘设有若干底层金属过孔，底层辐射边远离顶层辐射边的弧形边缘设有若干顶层金属过孔。
[0008]所述若干底层金属过孔的间距为距离D，所述若干顶层金属过孔的间距也为距离
D。
[0009]所述若干底层金属过孔和若干顶层金属过孔的直径取值范围为[0.2mm,0.4mm]，优选为0.3mm。
[0010]所述距离D的取值范围为[0.34mm,0.55mm]，优选为0.45mm。
[0011]本专利技术所述高增益反足Vivaldi天线，其优点在于，能在不改变原始指数型反足Vivaldi天线尺寸下提高增益。这款改进型的高增益超宽带Vivaldi天线有着结构简单，易于加工，成本低等优势，并为增强Vivaldi天线等端射天线的增益提供了新思路。底层金属过孔和顶层金属过孔的设置能进一步提高增益效果。
附图说明
[0012]图1是现有技术中反足Vivaldi天线的结构示意图。
[0013]图2是本专利技术所述高增益反足Vivaldi天线实施例一的结构示意图。
[0014]图3是本专利技术所述高增益反足Vivaldi天线实施例二的结构示意图。
[0015]图4是图3的后向视图。
[0016]图5是三种不同结构的反足Vivaldi天线增益仿真对比图。
[0017]图6是三种不同结构的反足Vivaldi天线S11仿真对比图。
[0018]图7、图8、图9是三种不同结构的反足Vivaldi天线E平面归一化辐射模式对比图。
[0019]图10、图11、图12是三种不同结构的反足Vivaldi天线H平面归一化辐射模式对比图。
[0020]附图标记：10
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底层天线板、11
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底层反足、12
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底层辐射边、13
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底层金属过孔；20
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顶层天线板、21
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顶层反足、22
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顶层辐射边、23
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顶层金属过孔。
具体实施方式
[0021]实施例一
[0022]如图2所示，本专利技术所述高增益反足Vivaldi天线包括：设置在介质基板下侧面的底层天线板10以及设置在介质基板上侧面的顶层天线板20。底层天线板10和顶层天线板20的馈电部分重叠并加载对应馈电结构。底层天线板10上端向上延伸并偏向一侧形成底层反足11，顶层天线板20上端向上延伸并偏向另一侧形成顶层反足21。底层反足11靠近顶层反足21的底层辐射边12为线性边缘，顶层反足21靠近底层反足11的顶层辐射边22为线性边缘，顶层辐射边22和底层辐射边12为对称结构。
[0023]将现有技术中的指数型的辐射边改进线性型的辐射边，其增益得到提升，原理在于：通过改变天线辐射边的曲率，使得端射方向电流增强，天线的辐射性能得到有效改善。
[0024]实施例二
[0025]如图3、4所示，相对实施例一，主要区别在于底层反足11远离底层辐射边12的弧形边缘设有若干底层金属过孔13，底层辐射边12远离顶层辐射边22的弧形边缘设有若干顶层金属过孔23。所述若干底层金属过孔13的间距为距离D，所述若干顶层金属过孔23的间距也为距离D。所述距离D的取值范围为[0.34mm,0.55mm]，优选为0.45mm。所述若干底层金属过孔13和若干顶层金属过孔23的直径取值范围为[0.2mm,0.4mm]，优选为0.3mm。
[0026]所述的底层金属过孔13从底层天线板10穿入介质基板向上延伸。所述的顶层金属
过孔23从顶层天线板20穿入介质基板向下延伸。
[0027]在实施例一的基础上增加底层金属过孔13和顶层金属过孔23能进一步提高增益的原理在于：电磁波在向外辐射过程中,口径越大,向外损失的功率越大,原始天线在辐射中很多能量损失在外层口径,如果能够有效地提高口径效率,就能减少外围的电磁波能量,将能量将集中在辐射口端。该过孔结构可以使天线辐射的能量更加均匀,方向图更好。
[0028]仿真测试
[0029]本专利技术针对三种不同结构的反足Vivaldi天线分别进行了仿真测试，如图5至图12所示。其中Exponential antenna为常规的指数型辐射边的天线结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益反足Vivaldi天线，包括：设置在介质基板下侧面的底层天线板(10)以及设置在介质基板上侧面的顶层天线板(20)；底层天线板(10)和顶层天线板(20)的馈电部分重叠并加载对应馈电结构；底层天线板(10)上端向上延伸并偏向一侧形成底层反足(11)，顶层天线板(20)上端向上延伸并偏向另一侧形成顶层反足(21)；其特征在于，底层反足(11)靠近顶层反足(21)的底层辐射边(12)为线性边缘，顶层反足(21)靠近底层反足(11)的顶层辐射边(22)为线性边缘，顶层辐射边(22)和底层辐射边(12)为对称结构。2.根据权利要求1所述高增益反足Vivaldi天线，其特征在于，底层反足(11)远离底层辐射边(12)的弧形边缘设有若干底层金属过孔(13)，底层辐射边(12)远离顶层辐射边(22)的弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，王彦杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：