CN107834188B - 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列 - Google Patents

小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列 Download PDF

Info

Publication number
CN107834188B
CN107834188B CN201711201354.2A CN201711201354A CN107834188B CN 107834188 B CN107834188 B CN 107834188B CN 201711201354 A CN201711201354 A CN 201711201354A CN 107834188 B CN107834188 B CN 107834188B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
dielectric plate
pcb dielectric
layer pcb
printed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711201354.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107834188A (zh
Inventor
谷义龙
许勇
高楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Huaxun Guorong Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Huaxun Guorong Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Huaxun Guorong Technology Co ltd filed Critical Wuhan Huaxun Guorong Technology Co ltd
Priority to CN201711201354.2A priority Critical patent/CN107834188B/zh
Publication of CN107834188A publication Critical patent/CN107834188A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107834188B publication Critical patent/CN107834188B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/18—Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列，Vivaldi天线单元包括上介质板和下介质板；上介质板和下介质板，上介质板与下介质板固定，上介质板部分外表面印刷指数型槽缝隙金属层，金属层侧翼有半椭圆形开槽，下介质板上印刷有与上介质板上相同的金属；两层介质板内表面印刷有带状线，带状线到微带线过渡处的传输线两边分布有圆形金属贴片每个圆形贴片的位置都有贯穿介质板的金属化过孔。本发明在相同的尺寸条件下更够获得更低的截止频率，实现了天线的小型化设计。

Description

小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线。
背景技术
现代化雷达和通信系统对多功能设备的需求越来越迫切，小型化的超宽带天线在天线设计领域得到了越来越高的重视。Vivaldi天线是超宽带天线的一种，理论上有无限宽的带宽，而且具有良好的端射特性。但是Vivaldi天线单元尺寸要求达到低频端截止频点的半波长，而以往采用加载技术进行的小型化天线设计需要付出增益的代价，因此在实际应用中迫切的需要一种具有小型化尺寸的高增益天线单元。
文献1(P.J.Gibson,“The Vivaldi aerial,”in Proc.9th Eur.Microw.Conf.,Brighton,U.K.,pp.101–105,Jun.1979.)提出了Vivaldi天线，说明了Vivaldi天线的宽带特性，并验证了Vivaldi天线具有很好的端射辐射特性，而且从理论上解释了Vivaldi天线具有无限宽的带宽，有着极大地应用前景。
文献2(Madannezhad,A.,Ameri,H.,Sadeghi,S.,&Faraji-Dana,R.Aminiaturized Vivaldi antenna with modified feeding structure for UWBapplications”.International Symposium on Antenna Technology and AppliedElectromagnetics(pp.1-3),2016.)提出通过改变馈电结构能够有效改善天线的低频段匹配特性，使天线获得小型化尺寸。
文献3(Zihao Liu,Yongzhong Zhu,Jian Zhou,“Improved design of vivaldiantenna with loading resistance for wideband applications,”IEEE Antennas&Wireless Propagation Letters,pp(99),286-289.)通过加载电阻的方法实现了天线的小型化设计，但是加载电阻增加了损耗，导致天线的增益比较低。
由上可知，Vivaldi天线比较容易在超宽带范围内实现良好的辐射特性，但是现有技术实现小型化Vivaldi天线具有损耗高、增益低等缺点，本发明为天线小型化设计提供了一种新思路。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列，该天线为可用于超宽带频段的小型化雷达天线，能够实现在在宽频带上保持高增益；该天线阵列更好地利用天线的体积以实现覆盖空间最大化。
发明内容：一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元，该天线单元包括上层PCB介质板和下层PCB介质板，上层PCB介质板和下层PCB介质板通过工装固定，两层介质板内表面设置有带状线，在带状线到微带线过渡处的传输线两边开设有偶数对对称分布的贯穿PCB板的金属化过孔，金属化过孔内安装有圆形金属贴片，圆形金属贴片直径大于金属化过孔；上层PCB介质板的外表面印刷指数型槽缝隙金属层，金属层的指数型槽缝隙底端为谐振腔，金属层两侧翼有半椭圆形开槽，下层PCB介质板外表面印有和上层PCB介质板外表面相同的金属层。
上、下两层介质板上的金属层侧翼的半椭圆形开槽能够改变电流沿边缘的路径，由直线距离延展成为曲线距离，增加了电流路径，能够在低频处增加一个谐振点，使得低频的截止频率更低，由于Vivaldi天线的尺寸一般为低频截止频率波长的一半，所以在同样尺寸条件下能够获得更低的截止频率可以说是实现了天线的小型化设计。由于天线小型化比例与半椭圆形开槽的弧线长度相关，若需要进一步缩小天线体积，可以通过增加椭圆半径等方式增加半椭圆形开槽的弧线长度，进一步降低新增谐振频点的频率，达到更加小型化的目的。
本发明所提供的天线阵列由上述天线单元组成，通过对单元的设计完成驻波带宽的要求，通过调整阵间距完成波束宽度的要求，为了更好的利用天线的体积以实现覆盖空间最大化，天线阵列采用不等距布阵。考虑到实际工作环境需求，方案设计的阵面可采用对单元分别馈电。并考虑安装需求将天线介质版进行了切削，并将馈电端口设置到了侧面。
有益效果：本发明所公开的天线单元在同样尺寸条件下能够获得更低的截止频率，实现了天线的小型化设计，并且拥有良好的电压驻波比和高增益，天线的辐射特性稳定。天线的馈电结构由带状线过渡到微带线，方便工程化应用，且集成度高，成本低，便于大规模加工生产。
本发明公开的天线阵列能够更好地利用天线的体积以实现覆盖空间最大化。
附图说明
图1为本发明中Vivaldi天线单元的立体图；
图2为本发明中Vivaldi天线单元的主视图；
图3为本发明中Vivaldi天线单元的仰视图；
图4为本发明中Vivaldi天线单元的分层结构图；
图5为本发明中天线阵列的排布图；
图6为本发明天线单元反射系数和增益曲线图；
图7为本发明天线单元11GHz下辐射方向图；
图8为本发明半椭圆型开槽金属层结构的天线单元与传统天线单元效果对比图。
具体实施方式
如图1～4所示一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元，该天线单元包括上层PCB介质板1和下层PCB介质板2，两层PCB介质板采用工装固定，上层PCB介质板1和下层PCB介质板2均选用Arlon DiClad880介质板材，整体尺寸为48mm*60mm的矩形，其介电常数εγ＝2.2,损耗正切角tanσ＝0.0009，厚度H＝0.79mm；两层介质板内表面设置有带状线5，在带状线5到微带线过渡处的传输线两边对称分布有偶数对对称分布的贯穿PCB介质板板的金属化过孔7，金属化过孔7为圆周内侧刷有一层金属层的通孔，金属化过孔7内安装有圆形金属贴片8，其中，圆形金属贴片8的直径为0.7mm,金属化过孔7的直径为0.3mm；两层PCB介质板的外表面印刷有形状相同的指数型槽缝隙金属层3，金属层3指数型槽缝隙底部为圆形谐振腔4，圆形谐振腔4直径Dr＝4.8mm；金属层3的指数型槽缝隙从圆形谐振腔4处向外呈指数型延展开，指数线开槽宽度W1＝44.8mm；金属层3两侧翼开设有弧形开槽6，该弧形开槽6具体为半椭圆形，侧翼椭圆槽的长度L1＝40mm。
在实际应用中，金属化过孔7和圆形金属贴片8大小可以调整，通过调整两者的大小可以进一步调整传输线本身的阻抗。
对于金属层3两侧翼开设的弧形开槽6，该开槽设计为椭圆形使得电流路径增长，能够在低频处增加一个谐振点，使得低频的截止频率更低，实现天线的小型化设计。如图8所示，本实施例提供的天线单元相较于传统的天线单元而言在同样尺寸条件下可获得更低的截止频率，相当于在相同的截止频率下其体积可缩小15％左右。
如图5所示，天线阵列整体采用不等距离布阵，可以更好地利用天线的体积以实现覆盖空间最大化。阵列单元间距为D1＝179mm，D2＝36mm，D3＝30mm，单元宽度为W1(加金属槽)＝60mm,即0.4λ(2GHz下)，单元长度为L1＝60mm，即0.4λ(2GHz下)。阵列的方位维为1个单元，俯仰维4个单元，故阵列的横向尺寸*纵向尺寸为260mm*60mm。结合图6，本发明的一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元的阵列，VSWR低于2.2:1的工作频带为2.2GHz～19GHz，倍频程为8.6:1，最大增益可以达到13dBi。不等距布阵的阵元间距比例根据总体方向图的特性进行调整，一般最大阵元间距与最小阵元间距之间的比例不超过天线的倍频程，本次设计中采用了6:1.2:1的阵元间距。

Claims (1)

1.一种小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元排布的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列采用不等距排布，最大阵元间距与最小阵元间距之间的比例不超过天线的倍频程；所述小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元，包括上层PCB介质板(1)和下层PCB介质板(2)，上层PCB介质板(1)和下层PCB介质板(2)通过工装固定，两层介质板内表面设置有带状线(5)，所述上层PCB介质板(1)的外表面印刷指数型槽缝隙金属层(3)，所述金属层(3)的指数型槽缝隙底部为谐振腔(4)，下层PCB介质板(2)外表面印有和上层PCB介质板(1)外表面相同的金属层(3)，所述PCB介质板上的金属层(3)两侧边开设有弧形开槽(6)；所述弧形开槽(6)具体为半椭圆形；带状线与微带线连接处两边印刷有圆形金属贴片(8),圆形金属贴片(8)上设有贯穿上层PCB介质板(1)和下层PCB介质板(2)的金属化过孔(7)；金属化过孔(7)和圆形金属贴片(8)有偶数对且对称分布于传输线两边。
CN201711201354.2A 2017-11-27 2017-11-27 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列 Active CN107834188B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711201354.2A CN107834188B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711201354.2A CN107834188B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107834188A CN107834188A (zh) 2018-03-23
CN107834188B true CN107834188B (zh) 2023-09-19

Family

ID=61645835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711201354.2A Active CN107834188B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107834188B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109449589B (zh) * 2018-12-17 2023-12-29 西安电子工程研究所 具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元
CN111697326B (zh) * 2020-07-14 2024-06-21 湖南大学 超宽带Vivaldi天线

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6317094B1 (en) * 1999-05-24 2001-11-13 Litva Antenna Enterprises Inc. Feed structures for tapered slot antennas
CN102509869A (zh) * 2011-10-11 2012-06-20 北京邮电大学 一种微带渐变缝隙天线
CN202308313U (zh) * 2011-11-15 2012-07-04 中国计量学院 基于电磁带隙结构的开口凸字型双频微带天线
KR101212219B1 (ko) * 2011-10-25 2012-12-13 국방과학연구소 테이퍼드 슬롯 안테나 장치 및 이를 구비한 레이더
CN103326120A (zh) * 2013-07-03 2013-09-25 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线
CN203553358U (zh) * 2013-10-04 2014-04-16 南京长峰航天电子科技有限公司 一种8-18GHz线性小型化锥形开槽天线
CN104937775A (zh) * 2012-11-27 2015-09-23 莱尔德技术股份有限公司 包括偶极振子元件和维瓦尔第元件的天线组件
CN106129611A (zh) * 2016-08-08 2016-11-16 哈尔滨工业大学 一种对踵型宽频带Vivaldi天线
CN106129593A (zh) * 2016-06-06 2016-11-16 合肥工业大学 一种二维宽角度扫描的全金属相控阵雷达天线单元
CN106450731A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 云南大学 加载开槽介质板的宽带高增益Vivaldi天线
CN106450702A (zh) * 2016-11-23 2017-02-22 上海无线电设备研究所 一种宽带双线极化锥削槽天线
CN107134624A (zh) * 2017-06-02 2017-09-05 南京理工大学 一种基于微带脊型间隙波导不等功率分配器
CN107275768A (zh) * 2017-06-02 2017-10-20 南京理工大学 基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列
CN107634331A (zh) * 2017-09-10 2018-01-26 南京理工大学 一种超宽带Vivaldi天线

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008033257A2 (en) * 2006-09-11 2008-03-20 University Of Massachusetts Wide bandwidth balanced antipodal tapered slot antenna and array including a magnetic slot

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6317094B1 (en) * 1999-05-24 2001-11-13 Litva Antenna Enterprises Inc. Feed structures for tapered slot antennas
CN102509869A (zh) * 2011-10-11 2012-06-20 北京邮电大学 一种微带渐变缝隙天线
KR101212219B1 (ko) * 2011-10-25 2012-12-13 국방과학연구소 테이퍼드 슬롯 안테나 장치 및 이를 구비한 레이더
CN202308313U (zh) * 2011-11-15 2012-07-04 中国计量学院 基于电磁带隙结构的开口凸字型双频微带天线
CN104937775A (zh) * 2012-11-27 2015-09-23 莱尔德技术股份有限公司 包括偶极振子元件和维瓦尔第元件的天线组件
CN103326120A (zh) * 2013-07-03 2013-09-25 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线
CN203553358U (zh) * 2013-10-04 2014-04-16 南京长峰航天电子科技有限公司 一种8-18GHz线性小型化锥形开槽天线
CN106129593A (zh) * 2016-06-06 2016-11-16 合肥工业大学 一种二维宽角度扫描的全金属相控阵雷达天线单元
CN106129611A (zh) * 2016-08-08 2016-11-16 哈尔滨工业大学 一种对踵型宽频带Vivaldi天线
CN106450731A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 云南大学 加载开槽介质板的宽带高增益Vivaldi天线
CN106450702A (zh) * 2016-11-23 2017-02-22 上海无线电设备研究所 一种宽带双线极化锥削槽天线
CN107134624A (zh) * 2017-06-02 2017-09-05 南京理工大学 一种基于微带脊型间隙波导不等功率分配器
CN107275768A (zh) * 2017-06-02 2017-10-20 南京理工大学 基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列
CN107634331A (zh) * 2017-09-10 2018-01-26 南京理工大学 一种超宽带Vivaldi天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Evolution of an UWB antenna for hyperthermia array applicator;Hana Dobšíček Trefná 等;《2012 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP)》;全文 *
Y形缝隙加载小型化超宽带Vivaldi端射天线;刘红喜;高军;李思佳;张迪;;空军工程大学学报(自然科学版)(第02期);全文 *
低剖面渐变槽线天线单元设计;梁志伟;夏琛海;牛宝君;;微波学报(第03期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107834188A (zh) 2018-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. A novel miniaturized Vivaldi antenna using tapered slot edge with resonant cavity structure for ultrawideband applications
US9608317B2 (en) System, method and apparatus including hybrid spiral antenna
JP4390651B2 (ja) ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−ＷｉｄｅＢａｎｄ）通信用アンテナ
CN109687125B (zh) 一种基于多模融合的超低剖面双频宽波束微带天线
EP1271692A1 (en) Printed planar dipole antenna with dual spirals
CN109768380B (zh) 基于三模谐振的超低剖面贴片天线、无线通信系统
Yao et al. Analysis and design of wideband widescan planar tapered slot antenna array
CN111430920A (zh) 超宽带天线及超宽带通信装置
Anand et al. Design of a high directivity slotted fractal antenna for C-band, X-band and Ku-band applications
Sadeghzadeh-Sheikhan et al. Planar monopole antenna employing back-plane ladder-shaped resonant structure for ultra-wideband performance
Ojaroudiparchin et al. Low-cost planar mm-Wave phased array antenna for use in mobile satellite (MSAT) platforms
CN107834188B (zh) 小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元及天线阵列
CN114824782A (zh) 微带天线及微带天线阵列
Kulkarni et al. Bandwidth enhancement of compact circular slot antenna for UWB applications
KR101729036B1 (ko) 모노폴 안테나
AbdelBaky et al. Modified elliptical antipodal Vivaldi antenna with elliptical tapered slot edge and circular loads
CN116191005B (zh) 超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线
CN103311662A (zh) 带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线
CN208862166U (zh) 具有小型化尺寸的高增益Vivaldi天线单元的天线阵列
Kushwaha et al. Gain enhancement of wideband circularly polarized antenna using FSS
Yadav et al. Novel Broadband High Gain Antenna Designed by Suspended Cylinder and Shorting PIN
CN109616762B (zh) 一种Ka波段高增益基片集成波导波纹天线及系统
Liu et al. A broadband high-gain printed antenna array using dipole and loop patches for 5g communication systems
RANI et al. Design and implementation of Triple Frequency Microstrip patch antenna for 5G communications
Zhang et al. A miniaturized Fermi TSA with improved radiation characteristics for UWB application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220421

Address after: 430073 room 14, 15 / F, unit 2, building 2 and 3, wudahui Park, phase V, National Geospatial Information Industry base, No. 1-1 and-2, wudayuan Fourth Road, Wuhan East Lake New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Province

Applicant after: WUHAN HUAXUN GUORONG TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: Room 1002, No. 301, Hanzhongmen street, Gulou District, Nanjing, Jiangsu 210029

Applicant before: CHINA COMMUNICATION TECHNOLOGY (NANJING) Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant