一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法技术

本发明专利技术属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法。通过在传统共面Vivaldi天线金属辐射贴片上开与辐射贴片形状相似的封闭槽，构建了曲线辐射臂，等效构建了两个指数渐变的金属辐射贴片，改善了电流分布；并且第一曲线辐射臂12与第一直线辐射臂13、第二直线辐射臂14形成了上侧环路辐射结构，第二曲线辐射臂22、第三直线辐射臂23、第四直线辐射臂24形成了下侧环路辐射结构，有效延长了天线表面电流传播路径的有效长度，增强了天线的低频辐射能力；与此同时，通过在第一直线辐射臂13、第三直线辐射臂23上开平行槽线并进行电阻加载，有利于阻抗匹配减小天线反射，最大程度上吸收了部分低频分量，从而进一步显著拓展天线工作频带下限。从而进一步显著拓展天线工作频带下限。从而进一步显著拓展天线工作频带下限。

【技术实现步骤摘要】
一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，具体涉及一种拓展共面 Vivaldi天线工作频带下限的方法。

技术介绍

[0002]Vivaldi天线是一种平面端射的渐变槽缝天线，由于其工作频带宽、方向性好、增益高等优点，并且结构简单易于加工集成，广泛应用于超宽带领域，例如雷达探测、超宽带通信等。Vivaldi天线大体上可以分为两类，一类是由微带线
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槽线耦合馈电的共面Vivaldi天线，另一类是微带线
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平行双线馈电的对跖Vivaldi天线。共面 Vivaldi天线工作频带上限受制于其馈电结构，由此演变发展出了对跖Vivaldi天线。但无论是共面形式还是对跖形式的天线，其工作频带下限均由其喇叭开口宽度决定。一般而言，Vivaldi天线辐射端口的宽度约为其工作频带下限频率对应波长的0.5倍，因此在天线尺寸不变的情况下，拓展其工作频带下限对于天线的工程应用具有重大意义。
[0003]常规的拓展Vivaldi天线工作频带下限的方法主要包括采用高介电常数板材、改变辐射结构及开槽等方式。采用高介电常数板材理论上来说可以等效增大天线尺寸进而拓展其工作频带下限，但实际上天线辐射结构之间传播的电场并不完全包含或者局限于高介电常数材料中，而是在材料外部也有分布，这就导致采用高介电常数材料并不会像预期一样显著拓展天线工作频带下限，并且，高介电常数板材成本较高。改变天线辐射结构，例如将常规的指数渐变线的轮廓线更换为正弦调制的高斯渐变轮廓线、或者在天线喇叭状开口末端增加谐振腔等方式，尽管一定程度上可以改善和拓展天线工作频带下限，但增加了结构复杂程度，并且效果并不显著。同样的，还有对天线辐射贴片进行开槽处理，常见的槽通常是开放的槽线，电流在沿着渐变轮廓线传播时会耦合到槽线上由槽线向外辐射，进而改善电流分布，一定程度上可以延长天线表面电流传播路径的有效长度，但改善低频辐射效果不够显著且增加设计难度。
[0004]综上所述，当前拓展Vivaldi天线工作频带下限所面临的主要技术问题是，成本(采用高介电常数材料)或复杂程度(改变辐射结构及开槽处理等)大幅增加但对天线工作频带下限改善效果不明显。因此有必要针对共面Vivaldi天线的结构特点，例如其辐射贴片在同一个平面上易于与集总元件进行集成等，研究探索在不增加天线尺寸的情况下通过简单改变辐射结构并结合其他方式例如电阻加载等最大程度拓展天线工作频带下限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法，解决Vivaldi天线工作频带下限受限于天线尺寸的技术问题。
[0006]为达到上述目的，解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]步骤1、构建环路辐射结构：
[0008]在如图1所示的共面Vivaldi天线上、下两侧的金属辐射贴片1 和金属辐射贴片2
上开封闭槽，形成上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构。如图3所示，上侧封闭槽11与下侧封闭槽21的形状分别与图1中的金属辐射贴片1、金属辐射贴片2形状相似；上侧封闭槽11 与下侧封闭槽21关于天线介质基板3的水平中心轴线上下对称。
[0009]上侧环路辐射结构由三部分组成，分别为指数渐变的第一曲线辐射臂12，第一直线辐射臂13，第二直线辐射臂14，三者组成一个电流环结构；其中第一直线辐射臂13是与天线辐射方向平行并靠近介质基板上边缘的直线辐射臂，第二直线辐射臂14为上侧环路辐射结构中与天线辐射方向垂直的直线辐射臂；
[0010]下侧环路辐射结构由三部分组成，分别为指数渐变的第二曲线辐射臂22，第三直线辐射臂23，第四直线辐射臂24，三者组成一个电流环结构；其中第三直线辐射臂23是与天线辐射方向平行并靠近介质基板上边缘的直线辐射臂，第四直线辐射臂24为上侧环路辐射结构中与天线辐射方向垂直的直线辐射臂；
[0011]第一曲线辐射臂12两侧与第二曲线辐射臂22两侧的指数渐变线渐变率相同且起始点横坐标一致。
[0012]步骤2、构建平行槽线：
[0013]在如图3所示的天线上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构中与天线辐射方向平行的第一直线辐射臂13和第三直线辐射臂23上分别构建上侧平行槽线15、下侧平行槽线25，如图4所示。对图3中的上下两侧的环路辐射结构进行截断，形成半封闭不连续的上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构。所构建的上下两侧的平行槽线所处位置关于共面Vivaldi天线介质基板3水平中心轴线上下对称。
[0014]上侧平行槽线15、下侧平行槽线25可根据实际需求设置若干个。所构建的上侧平行槽线15、下侧平行槽线25的宽度与贴片电阻长度相当。
[0015]步骤3、进行电阻加载形成闭合环路辐射结构：
[0016]如图5所示，在所构建的上侧平行槽线15、下侧平行槽线25上进行电阻加载，加载电阻分别为上侧电阻7与下侧电阻8，将上、下两侧加载电阻的两端连接至上、下侧平行槽线的两侧，使得步骤2中形成的半封闭不连续的环路辐射结构通过电阻连接的方式进行闭合，完成电流的导通与吸收。
[0017]所设置的上侧电阻加载7与下侧电阻加载8采用的电阻为贴片电阻。
[0018]下面通过数值模拟等方式进一步优化天线结获取更佳的结果。对如图3、4、5所示的上、下侧环路辐射结构，如图4、5所示的上下平行槽线15、25的位置、数量，以及如图5所示的上下侧电阻加载 7、8的电阻值与数量等进行进一步的优化设计，以获取最佳效果。
[0019]上侧环路辐射结构中的第一直线辐射臂宽度13与第一曲线辐射臂12末端宽度相当，并大于第一曲线辐射臂12起始端宽度。第一直线辐射臂13与第一曲线辐射臂12之间的距离至少大于天线介质基板3宽度的四分之一，以构建形成电流环结构，减小第一曲线辐射臂 12与第一直线辐射臂13之间的电流耦合。下侧环路辐射结构的设置与优化与上侧环路辐射结构一致。
[0020]所开平行槽线15、25分别与第二直线辐射臂14、第四直线辐射臂24之间的距离不大于天线介质基板3的长度的一半。第一直线辐射臂13、第三直线辐射臂23上所开平行槽线数量均不超过3个，数量过多会导致较大的电流不连续性，因为开槽本身就会带来电流不连续性，开的槽太多电流不连续性就会增大，进而增大了电流反射，达不到频带拓展的效果。
所以为避免造成更大的电流不连续性，平行槽线的数量限制为三个或三个以内更合适。并且从相关的仿真模型和结果来说，开三个槽，意味着串联3个电阻，基本上可以把低频能量吸收殆尽，再开更多的槽加载更多的电阻已经没有更好的改善效果了。当仅分别设置1个平行槽线时，其位置尽可能靠近第二直线辐射臂 14、第四直线辐射臂24。
[0021]上侧电阻7和下侧电阻8的电阻值选取范围在100Ω至500Ω之间，每个平行槽线处的电阻加载可通过并联多个电阻实现，一方面可以增大功率容量，另一方面可通过多个并联电阻减小电流流经平行槽线时的不连续性。当每个环路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、构建环路辐射结构在共面Vivaldi天线上侧金属辐射贴片(1)和下侧金属辐射贴片(2)上开封闭槽，形成上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构；上侧封闭槽(11)与下侧封闭槽(21)的形状分别与上侧金属辐射贴片(1)和下侧金属辐射贴片(2)形状相似；上侧封闭槽(11)与下侧封闭槽(21)关于天线介质基板(3)的水平中心轴线上下对称；所述上侧环路辐射结构由三部分组成，分别为指数渐变的第一曲线辐射臂(12)，第一直线辐射臂(13)，第二直线辐射臂(14)，三者组成一个电流环结构；其中第一直线辐射臂(13)是与天线辐射方向平行并靠近介质基板上边缘的直线辐射臂，第二直线辐射臂(14)上侧环路辐射结构中与天线辐射方向垂直的直线辐射臂；所述下侧环路辐射结构由三部分组成，分别为指数渐变的第二曲线辐射臂(22)，第三直线辐射臂(23)，第四直线辐射臂(24)，三者组成一个电流环结构；其中第三直线辐射臂(23)是与天线辐射方向平行并靠近介质基板上边缘的直线辐射臂，第四直线辐射臂(24)上侧环路辐射结构中与天线辐射方向垂直的直线辐射臂；步骤2、构建平行槽线在上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构中与天线辐射方向平行的第一直线辐射臂(13)和第三直线辐射臂(23)上，分别构建上侧平行槽线(15)和下侧平行槽线(25)，对上下两侧的环路辐射结构进行截断，形成半封闭不连续的上侧环路辐射结构与下侧环路辐射结构，所构建的上下两侧的平行槽线所处位置关于共面Vivaldi天线介质基板(3)水平中心轴线上下对称；步骤3、进行电阻加载形成闭合环路辐射结构在所构建的上侧平行槽线(15)、下侧平行槽线(25)上进行电阻加载，上侧平行槽线(15)上加载上侧电阻(7)，下侧平行槽线(25)上加载下侧电阻(8)，将上下加载电阻的两端连接至上下侧平行槽线的两侧，使得步骤2中形成的半封闭不连续的环路辐射结构通过电阻连接的方式进行闭合，完成电流的导通与吸收。2.根据如权利要求1所述的一种拓展共面Vivaldi天线工作频带下限的方法，其特征在于，所述第一曲线辐射臂(12)两侧与第二曲线辐射臂(22)两侧的指数渐变线渐变率相同且起始点横坐标一致。3.根据如权利要求2所述的一种拓展共面Viv...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，宁辉，燕有杰，胡学溢，刘启龙，朱美琪，王殿喜，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六六零部队，
类型：发明
国别省市：