一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线及其设计方法技术

本发明专利技术属于微波天线技术领域，公开了一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线及其设计方法，包括天线主体(1)、椭圆型挡板(2)和连接结构(3)；天线主体(1)包括上下两个金属层结构(12)(15)和中间的介质基板(11)，天线主体(1)的两侧分别设置有一个椭圆型挡板(21)，两个椭圆型挡板(21)均垂直于天线主体所在的平面；连接结构(3)用于连结天线主体(1)和椭圆型挡板(2)。本发明专利技术能够覆盖很宽的工作频率，因此本发明专利技术针对的难题就是实现天线小型化的同时，保证天线具有很好的辐射特性，可用于各种电子仪器以及通信系统中，并且能够通过调节各部分尺寸和位置实现不同的工作频段和指标要求。置实现不同的工作频段和指标要求。置实现不同的工作频段和指标要求。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线及其设计方法


[0001]本专利技术属于微波天线
，尤其涉及一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]目前，伴随着军事领域和定位系统不断增加的要求，超宽带(Ultra Wide
‑
Band，UWB)技术应运而生，它能够更广泛地运用于无线通信、雷达探测、精确定位、个人局域网、医学探测与成像等领域。UWB技术的主要优点在于高速率、低成本、高性能、低功耗等，这也是它成为这个时期分析热点的原因。与此同时，天线的尺寸通常受到工作空间的限制，例如车辆、飞机和装甲车上的天线必须尽可能小。人们对电子设备便携小巧的要求不断提高，使得电子电路集成技术的迅猛发展，系统中各部分组成电路的尺寸随之缩小，从而一般用作系统终端部分使用的天线也面临着小型化的挑战，而天线小型化考虑的重点在于性能与尺寸之间的权衡。天线工作频带的高端可以是极高的频率，但当天线的尺寸受到限制时，最低工作频率通常受到限制。为了克服这一局限性，近年来人们对小型化进行了大量分析。
[0003]Vivaldi天线是渐变槽线天线中的一类，属于超宽带天线，该类天线具有宽频带、方向图对称、增益稳定并且结构简单、低剖面、易于集成等优点，已广泛应用于雷达系统、室内外通信系统、测量装置等领域。Vivaldi天线若按照行波原理设计结构，尺寸势必偏大，所以众多学者投身于Vivaldi天线小型化的分析。Vivaldi天线的带宽很宽，但现实中会有很多因素限制其带宽，所以对拓形式的Vivaldi天线(Antipodal Vivaldi Antenna，AVA)应运而生。比起普通的Vivaldi天线，它的结构更紧凑、带宽更宽，易实现阻抗匹配，交叉极化水平更优。该类型的Vivaldi天线自提出后，学者们对其做了大量的工作，并进行了不断的改进。介于Vivaldi天线自身行波工作模式的特点，现有的对拓Vivaldi天线分析频段主要是进行较高频段的宽带分析，而较低频段时(尤其是L波段)的对拓Vivaldi天线却很少有学者进行钻研，因此分析较低频段时的小型化超宽带对拓Vivaldi天线十分具有现实意义。
[0004]现有论文“一种工作于0.5～2GHz的小型化Vivaldi天线”中设计了传统的利用微带线馈电的Vivaldi天线形式，其仿真得到的天线增益在全频带内大于0dBi，但是论文中天线的二维尺寸为345mm
×
263.7mm，天线小型化的程度还不够，仍然需要对尺寸开展进一步设计。
[0005]论文“超宽带小型化对拓Vivaldi天线的设计”在传统Vivaldi天线的基础上，为了实现小型化且拓展低频带宽，在天线的两辐射贴片开口末端对称的加载两吸收电阻，并在电阻的另一端加载寄生贴片，吸收低频端多余的反射电流，改善驻波。该天线低频端的截止频率拓展至1GHz左右，低频部分还可以向更低的频段去拓展。
[0006]论文“新型小尺寸带引向器波纹开眼对拓型Vivaldi天线”采用波纹、开眼和引向器等结构来展宽天线的工作带宽，天线工作频带做到了3～20GHz，带内回波损耗S11低于
‑
10dB，带内增益均大于3dBi，最大增益达7.3dBi，但是其频带只做到了3GHz，低频部分还可以向更低的频段去拓展。
[0007]论文“对拓式高增益Vivaldi天线设计”为了提高天线在低频段的增益与方向性，在对拓型Vivaldi天线参数保持不变的基础上，设计了在接地层加载圆弧形反射器，阻抗带宽在1～3GHz内匹配良好，并且天线具有较高的增益和良好的方向性，但是论文中天线的二维尺寸为100mm
×
120mm，天线小型化的程度还不够。
[0008]论文“A Miniaturized Antipodal Vivaldi Antenna With Improved Radiation Characteristics”设计了一种新型的锥形槽边缘结构(tapered slot edge，TSE)，拓展了低频带宽并且改善了低频的辐射特性，但是该天线低频只做到了2.4GHz。
[0009]论文“A Miniaturized Wideband Dual
‑
Polarized Linear Array With Balanced Antipodal Vivaldi Antenna”利用弧形槽和侧向的加载贴片，实现了0.5～2GHz频段内天线回波损耗、交叉极化比的较好性能，同时天线二维尺寸做到了100mm
×
100mm，但是其低频增益不够高，存在方向图分裂的问题。
[0010]纵观国内外相关研究动态可知，小型化超宽带Vivaldi天线的设计是当下的主流研究方向。但是通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的Vivaldi天线小型化程度不够，低频增益不够高，存在方向图分裂的问题。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线及其设计方法，巧妙地设计弧形槽和椭圆盘，在不引入较强不连续性的前提下，延长电流路径、提高端射增益，实现小型化设计。
[0012]本专利技术是这样实现的，一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线包括：
[0013]天线主体、椭圆型挡板和连接结构；
[0014]所述天线主体包括上下两个金属层结构和中间的介质基板，所述天线主体的两侧分别设置有一个椭圆型挡板，两个椭圆型挡板均垂直于天线主体所在的平面；所述连接结构用于连结天线主体和椭圆型挡板。
[0015]进一步，所述天线主体的上金属层包括上金属层贴片和贴片中间开的第一弧形槽，下金属层包括半椭圆形的引向器、下金属层贴片、贴片中间开的第二弧形槽和矩形反射器。
[0016]进一步，所述介质基板开有两个用于插入螺丝的非金属化通孔，非金属化通孔贯穿介质基板和上下两个金属层结构。
[0017]进一步，所述上金属层贴片、下金属层贴片、引向器，均为1盎司的金属铜；上金属层贴片和下金属层贴片贴片中曲线的部分均是指数线；介质基板材料为介电常数为4.4的FR4，厚度为1mm。
[0018]进一步，两个椭圆型挡板为对称的结构，两侧均包括椭圆盘和用于插入螺丝的非金属化通孔。
[0019]进一步，所述椭圆盘是厚度为1mm的金属铜；非金属化通孔关于椭圆盘中的椭圆长轴和短轴都是对称的，通孔圆心距离椭圆长轴4mm。
[0020]进一步，所述连接结构包括夹具和螺丝螺母；夹具用于夹住天线主体，并用螺丝螺母进行固定；螺丝螺母还用于配合夹具固定椭圆型挡板。
[0021]进一步，所述夹具是厚度1mm的金属铜，夹具的夹角为90
°
。
[0022]进一步，所述螺丝螺母尺寸均与天线主体上的非金属化通孔和椭圆型挡板上的非金属化通孔相对应。
[0023]本专利技术的另一目的在于提供一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线的设计方法，所述小型化超宽带对拓Vivaldi天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述小型化超宽带对拓Vivaldi天线包括：天线主体、椭圆型挡板和连接结构；所述天线主体包括上下两个金属层结构和中间的介质基板，所述天线主体的两侧分别设置有一个椭圆型挡板，两个椭圆型挡板均垂直于天线主体所在的平面；所述连接结构用于连结天线主体和椭圆型挡板。2.如权利要求1所述的小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述天线主体的上金属层包括上金属层贴片和贴片中间开的第一弧形槽，下金属层包括半椭圆形的引向器、下金属层贴片、贴片中间开的第二弧形槽和矩形反射器。3.如权利要求1所述的小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述介质基板开有两个用于插入螺丝的非金属化通孔，非金属化通孔贯穿介质基板和上下两个金属层结构。4.如权利要求1所述的小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述上金属层贴片、下金属层贴片、引向器，均为1盎司的金属铜；上金属层贴片和下金属层贴片贴片中曲线的部分均是指数线；介质基板材料为介电常数为4.4的FR4，厚度为1mm。5.如权利要求1所述的小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，两个椭圆型挡板为对称的结构，两侧均包括椭圆盘和用于插入螺丝的非金属化通孔。6.如权利要求5所述的小型化超宽带对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述椭圆盘是厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，闫晓明，林先其，杨永穆，刘昊，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：