一种新型Vivaldi天线制造技术

本发明专利技术公开了一种新型Vivaldi天线，属于天线技术领域。本发明专利技术通过基板渐变槽结构并加载3DGP，解决了二维结构天线增益低，方向性差的问题，相比于传统的Vivaldi天线，增益提高了1.28dB，相对于现有增益提升技术，本发明专利技术通过切割介质基板和设置引向器，无需涉及复杂的制备工艺流程，且不用额外增加体积较大的元器件，不会增加Vivaldi天线的尺寸，因此本发明专利技术在不增加天线尺寸、降低制备复杂度的同时，可以有效地提升增益，可以广泛地应用于小型家电的应用场景中。应用场景中。应用场景中。

【技术实现步骤摘要】
一种新型Vivaldi天线


[0001]本专利技术涉及一种新型Vivaldi天线，属于天线


技术介绍

[0002]Vivaldi天线是一种端射式行波天线，具有增益高、体积小、方向性强等优点，适用于中远距离的无线能量传输以及天线安装空间较小的场景。其原理是通过微带传输线把能量耦合到槽线上，经过槽线的辐射臂向外辐射或接受电磁波。
[0003]在小型家电无线充电、物联网传感器的无线供电等场景中，Vivaldi天线存在很多问题，例如，1.损耗较大，如空气损耗、介质损耗等。2.增益不够大，导致天线之间的能量传输效率较低，难以驱动小型家电。3.Vivaldi天线尺寸较大，导致天线的安装困难。
[0004]为了解决增益低的问题，Cheng H等人提出了一种受超材料激发的复合光学透镜，其单元为闭合对称S型谐振器，以此来增强对拓Vivaldi天线的增益和方向性，仿真结果显示其在5.8GHz频率下增益提升了1.35dB，最大增益为9.66dB(Cheng H,Hua L,Wang Y,et al.Design of high gain Vivaldi antenna with a compound optical lens inspired by metamaterials[J].International Journal of RF and Microwave Computer
‑
Aided Engineering.)，该方案虽然能够提升增益，但是其尺寸过大，加工复杂，误差较大。
[0005]Sun H H等人设计了一个四个Vivaldi天线围成的三维结构的天线，天线的方向性通过调节辐射器的倾斜角度和反射器的位置实现增强(Sun H H,Lee Y H,Luo W,et al.Compact Dual
‑
Polarized Vivaldi Antenna with High Gain and High Polarization Purity for GPR Applications[J].Sensors,2021,21(2):503.)，其最大增益达到了12dB，但是由于其三维的结构导致在安装时非常困难，且加工误差较大。
[0006]Lv H等人在基于传统Vivaldi天线进行设计，提出一种由两个Vivaldi天线元件组成的天线，采用双槽结构来提高增益(Lv H,Huang Q,Hou J,et al.Wideband dual
‑
polarized vivaldi antenna with gain enhancement[J].Applied Computational Electromagnetics Society Journal,2018,33(09):990
‑
996.)。其尺寸为145mm
×
58mm
×
0.5mm，尺寸较小并且便于安装，但是其在5.8GHz频率下的增益仅有9.05dB，难以满足小型家电的无线充电、物联网传感器的无线供电等应用场景。

技术实现思路

[0007]为了解决目前小型家电中的天线增益较低，以及体积较大不便于安装的问题，本专利技术提供了一种Vivaldi天线，包括：辐射臂、介质基板和微带线，所述辐射臂设置于介质基板的顶层，所述微带线设置于介质基板的底层，所述Vivaldi天线在所述介质基板上设有基板渐变槽；
[0008]所述基板渐变槽通过在所述Vivaldi天线槽线中间位置对基板进行数控切割得到，与所述辐射臂的渐变槽线形状相同且同对称轴；所述基板渐变槽内侧设有引向器。
[0009]可选的，所述辐射臂的渐变槽线与所述基板渐变槽的槽线之间的距离为：
[0010][0011]其中，L
A
、Q
A
为天线的长与宽，f为谐振频率，ε
r
为介质基板的相对介电常数，L
R
为辐射臂长度，c为光速。
[0012]可选的，所述引向器为三维渐变型引向器，安装于所述基板渐变槽内侧，与槽线和所述微带线相垂直。
[0013]可选的，所述三维渐变型引向器的垂直高度与所述介质基板的厚度相同。
[0014]可选的，所述辐射臂的渐变槽线为指数型渐变槽线。
[0015]可选的，所述指数型渐变槽的表达式为：
[0016]y＝s*(e
c*x
+C1)
[0017]其中c为曲线的斜率，s为指数型槽线在y轴上的放大倍数，s*C1为指数型槽线在y轴上移动的距离。
[0018]可选的，所述Vivaldi天线还包括：圆形槽线，且在所述辐射臂的渐变槽线与所述圆形槽线之间有矩形槽线。
[0019]可选的，所述介质基板的介电常数ε
r
＝2.55,介质损耗角正切tanδ＝0.009。
[0020]可选的，所述介质基板的长度为114mm，宽度为60mm，厚度为1mm。
[0021]可选的，扇形微带线与所述圆形槽线形成巴伦结构。
[0022]本专利技术有益效果是：
[0023]本专利技术通过基板渐变槽结构并加载3DGP，解决了二维结构天线增益低，方向性差的问题，相比于传统的Vivaldi天线，增益提高了1.28dB，相对于现有增益提升技术，比如，加载受超材料激发的复合光学透镜、基板加载额外介质、天线辐射臂上加载多个弯曲枝节等增益提升方法，本专利技术通过切割介质基板和设置引向器，无需涉及复杂的制备工艺流程，且不用额外增加体积较大的元器件，不会增加Vivaldi天线的尺寸，因此本专利技术在不增加天线尺寸、降低制备复杂度的同时，可以有效地提升增益，可以广泛地应用于小型家电的无线充电以及物联网传感器的无线用电等应用场景中。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
[0025]图1是Vivaldi天线结构图，其中(a)为传统Vivaldi天线的正面照片，(b)为传统Vivaldi天线的背面照片，(c)为本专利技术Vivaldi天线的基板渐变槽结构图。
[0026]图2是本专利技术Vivaldi天线的整体结构图。
[0027]图3是本专利技术实施例二中，传统Vivaldi天线、渐变槽基板Vivaldi天线以及加载3DGP的Vivaldi天线端射方向的方向图。
[0028]图4是本专利技术实施例二中，传统Vivaldi天线、渐变槽基板Vivaldi天线以及加载3DGP的Vivaldi天线在4
‑
6GHz的回波损耗仿真示意图。
[0029]图5是本专利技术实施例二中，传统Vivaldi天线、渐变槽基板Vivaldi天线以及加载
3DGP的Vivaldi天线的单位面积增益与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Vivaldi天线，包括：辐射臂、介质基板和微带线，所述辐射臂设置于所述介质基板的顶层，所述微带线设置于介质基板的底层，其特征在于，在所述介质基板上设有基板渐变槽；所述基板渐变槽通过在所述Vivaldi天线槽线中间位置对基板进行数控切割得到，与所述辐射臂的渐变槽线形状相同且同对称轴；所述基板渐变槽内侧设有引向器。2.根据权利要求1所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述辐射臂的渐变槽线与所述基板渐变槽的槽线之间的距离为：其中，L
A
、W
A
为天线的长与宽，f为谐振频率，ε
r
为介质基板的相对介电常数，L
R
为辐射臂长度，c为光速。3.根据权利要求1所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述引向器为三维渐变型引向器，安装于所述基板渐变槽内侧，与槽线和所述微带线相垂直。4.根据权利要求3所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述三维渐变型引向器的垂直高度与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄韧频，李杨，邵波，姚俊超，敖金平，陈治伟，王霄，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：