一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线制造技术

一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，属于Vivaldi天线技术领域。由下铜导体层、下介质层、铜馈线层、上介质层和上铜导体层组成；下铜导体层和和上铜导体层的结构相同，中间位置开有带圆孔的对称喇叭口结构，在该结构的右侧开有工字形匹配槽，在该结构的左侧开有三条垂直于铜导体层下边缘的竖立向矩形缝隙和一条平行于铜导体层下边缘的横向矩形缝隙，横向矩形缝隙横向切断三条竖向矩形缝隙；铜馈线层从右至左依次由三段宽度阶梯变窄的矩形微带线和空心圆环片顺次连接而成。本发明专利技术在不改变基础Vivaldi天线原有尺寸的情况下，展宽了天线的带宽，成功地使Vivaldi天线的工作频段向低频移动。天线的工作频段向低频移动。天线的工作频段向低频移动。

【技术实现步骤摘要】
一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线


[0001]本专利技术属于Vivaldi天线
，具体涉及一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线。

技术介绍

[0002]超宽带技术利用纳秒级脉冲信号来传递信息，因此在频域上表现出相应的超宽带特征。超宽带技术最早被用于高速数据的传输，具有保密性好、传输速率快、功率低等特点
【1】
。随着应用场景的不断拓展，当前也被广泛应用于无线定位
【2】
，随之各类超宽带天线相继出现
【3
‑
6】
。
[0003]现代技术对天线小型化、可集成性的要求在不断提高，平面印制超宽带天线凭借其剖面低、易集成等特点得到了广泛关注，例如印制单极天线已被大量应用于无线通信、室内定位等各类设备中
【7,8】
。Vivaldi天线(维瓦第)作为平面印制超宽带天线中典型的一种，由其高增益、强定向性、低交叉极化等优点在超宽带天线中有不俗的地位
【9】
。但是根据其辐射原理，Vivaldi天线最低频率往往决定于渐变槽线最大宽度
【10】
，所以其工作频率越低体积越大，不利于与射频电路的集成。如图1所示，基础Vivaldi天线包括辐射导体层和馈线层，其是在23.5mm
×
30mm的矩形导体层上开有一个带有圆孔的对称喇叭口结构，构成辐射导体层。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线。
[0005]如图2所示，本专利技术所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，为五层结构，由下至上(沿+Z轴方向)依次由下铜导体层、下介质层、铜馈线层、上介质层和上铜导体层组成，下铜导体层、下介质层、上介质层和上铜导体层为尺寸相同的矩形结构，其四周边缘对齐；上铜导体层和下铜导体层为天线辐射体。
[0006]如图3所示，本专利技术所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线的下铜导体层和和上铜导体层的结构相同，中间位置开有带圆孔的对称喇叭口结构。在上导体层和下导体层上除了开有带圆孔的对称喇叭口结构外，在该结构的右侧开有工字形匹配槽；工字形匹配槽由均为矩形结构的右侧槽口、中间缝隙和内侧缝隙三部分组成，三部分具有平行于铜导体层下边缘(x轴)的共同对称轴线。在上导体层和下导体层带圆孔的对称喇叭口结构的左侧，开有三条垂直于铜导体层下边缘(x轴)的竖立向矩形缝隙和一条平行于铜导体层下边缘(x轴)的横向矩形缝隙，横向矩形缝隙横向切断三条竖向矩形缝隙。
[0007]如图4所示，铜馈线层从右至左依次由三段宽度阶梯变窄的矩形微带线和空心圆环片顺次连接而成，该微带馈线的右侧边缘与上、下导体层的右侧边缘对齐，三段矩形微带线和空心圆环片具有平行于铜馈线层下边缘(x轴)的共同对称轴线。
[0008]本专利技术是在基础Vivaldi天线上引入双面对称结构，在辐射导体层的馈线侧(喇叭
口结构的右侧)引入工字匹配槽提升整体阻抗匹配特性，在辐射导体层的非馈线侧(喇叭口结构的左侧)冗余部分引入多个开口槽作为缝隙辐射元激励起新的工作频点。在不改变基础Vivaldi天线原有尺寸的情况下，展宽了天线的带宽，成功地使Vivaldi天线的工作频段向低频移动。天线的最终整体尺寸仅为23.5mm
×
30mm
×
2.505mm，实现了S
11
<
‑
10dB的相对带宽达到142％(2.49GHz～14.78GHz)，工作频带内平均增益为4.87dBi。而相同平面尺寸的基础Vivaldi天线只是一个双频天线，其频点分别为3.44GHz(带宽为3.10GHz～3.99GHz)和6.08GHz(带宽为5.55GHz～6.63GHz)。
附图说明：
[0009]图1：基础Vivaldi天线辐射导体层及馈线层结构示意图；
[0010]图2：本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线结构示意图；
[0011]图3(a、b、c):本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线导体层结构示意图；
[0012]图4：本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线铜馈线层结构示意图；
[0013]图5：本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线反射系数曲线图；
[0014]图6(a)：本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线xoy切面方向图；
[0015]图6(b)：本专利技术所述含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线zoy切面方向图。
具体实施方式
[0016]实施例1：
[0017]如图2所示，本专利技术所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，为五层结构，由下至上(沿+Z轴方向)依次由下铜导体层、下介质层、铜馈线层、上介质层和上铜导体层组成，下铜导体层、下介质层、上介质层和上铜导体层为23.5mm
×ꢀ
30mm的矩形结构，其四周的边缘对齐；上铜导体层和下铜导体层为天线辐射体，铜导体层和铜馈线层的厚度为0.035mm；介质层采用F4B介质基板，厚度为1.2mm，相对介电常数为2.2；天线整体厚度为0.035*3+1.2*2mm＝2.505mm。
[0018]本专利技术所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线的下铜导体层和和上铜导体层的结构相同，中间位置开有带圆孔的对称喇叭口结构，如图1所示，设坐标原点在圆孔圆心正下方对应的导体层下边缘处，则对称喇叭口结构的曲线方程为：
[0019]x＝
±
0.13e
0.212(y
‑
3.5)
±
0.07(5.5mm≤y≤23.5mm)
[0020]喇叭口结构的下端与半径R1为1.92mm圆孔相连，圆孔圆心与导体层下边缘的距离d1＝3.60mm，对称喇叭口结构与圆孔连接处距导体层下边缘的距离d2＝5.50mm。
[0021]如图3所示，在上导体层和下导体层上除了开有带圆孔的对称喇叭口结构外，在该结构的右侧开有工字形匹配槽；工字形匹配槽由均为矩形结构的右侧槽口、中间缝隙和内
侧缝隙三部分组成，三部分具有平行于x轴的共同对称线；右侧槽口的尺寸参数为Y7＝3.4mm、X7＝4.0mm，其下边缘与导体层下边缘的距离为d5＝5.95mm；中间缝隙的尺寸参数为Y6＝2.0mm、X6＝1.7mm，其下边缘与导体层下边缘的距离为d4＝6.65mm；内侧缝隙的尺寸参数为Y7＝3.4mm、X5＝2.0mm，其下边缘与导体层下边缘的距离为d5＝5.95mm。
[0022]在上导体层和下导体层带圆孔的对称喇叭口结构的左侧，开有三条竖向(垂直于x轴)矩形缝隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，其特征在于：为五层结构，由下至上依次由下铜导体层、下介质层、铜馈线层、上介质层和上铜导体层组成，下铜导体层、下介质层、上介质层和上铜导体层为相同尺寸的矩形结构，其四周边缘对齐；上铜导体层和下铜导体层为天线辐射体；下铜导体层和和上铜导体层的结构相同，中间位置开有带圆孔的对称喇叭口结构；在上导体层和下导体层上开有带圆孔的对称喇叭口结构，在该结构的右侧开有工字形匹配槽；工字形匹配槽由均为矩形结构的右侧槽口、中间缝隙和内侧缝隙三部分组成，三部分具有平行于铜导体层下边缘的共同对称轴线；在上导体层和下导体层带圆孔的对称喇叭口结构的左侧，开有三条垂直于铜导体层下边缘的竖立向矩形缝隙和一条平行于铜导体层下边缘的横向矩形缝隙，横向矩形缝隙横向切断三条竖向矩形缝隙；铜馈线层从右至左依次由三段宽度阶梯变窄的矩形微带线和空心圆环片顺次连接而成，该微带馈线的右侧边缘与上、下导体层的右侧边缘对齐，三段矩形微带线和空心圆环片具有平行于铜馈线层下边缘的共同对称轴线。2.如权利要求1所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，其特征在于：下铜导体层、下介质层、铜馈线层、上介质层和上铜导体层为23.5mm
×
30mm的矩形结构，铜导体层和铜馈线层的厚度为0.035mm；介质层采用F4B介质基板，厚度为1.2mm，相对介电常数为2.2。3.如权利要求1所述的一种含工字匹配槽和多开口缝隙辐射元的双面Vivaldi天线，其特征在于：下铜导体层和和上铜导体层的结构相同，中间位置开有带圆孔的对称喇叭口结构，设坐标原点在圆孔圆心正下方对应的导体层下边缘处，导体层下边缘为x轴方向，导体层平面内垂直于下连缘为y轴方向，则对称喇叭口结构的曲线方程为，x＝
±
0.13e
0.212(y
‑
3.5)

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝续，高强，雷钧，李伟文，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：