CN109509976A - 一种树杈形超宽带Vivaldi天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种树杈形超宽带Vivaldi天线，包括天线介质基板、天线辐射模块及微带线馈电模块，所述天线辐射模块包括上表面金属层和下表面金属层，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，树杈形缝隙将天线表面电流约束于渐变槽线周围，可以保证天线辐射特性得到较好地改善，提高天线的阻抗匹配性，拓展了天线的带宽，并提高天线的增益，增强天线端射效果，同时天线尺寸得到小型化。
Description
技术领域
本发明涉及一种Vivaldi天线，尤其涉及一种树杈形超宽带Vivaldi天线。
背景技术
超宽带Vivaldi天线是在射频微波领域中一种常见的器件，在航空航天、材料检测、微波成像等领域应用非常广泛。怎样设计出同时满足小型化、宽阻抗带宽及良好辐射性能的天线是目前业界需要解决的问题。Vivaldi天线(即指数线型锥削槽天线)是用于超宽带技术的最佳天线之一，于1979年由Gibson首次提出，是一种综合性能较为优良的锥削槽天线。
作为一种端射行波天线，其槽线通过指数渐变张开来进行设计。理论上Vivaldi天线应具有无穷大带宽，但实际上传统Vivaldi天线的工作频带被天线口径尺寸限制。它一般是由微带线、带状线或者同轴线等方式将能量引入，通过介质耦合等方式，将馈电传输线与辐射槽线进行能量转换，电磁波通过槽线向自由空间传递，通常在槽线终端采用圆形腔作为短路终端，而微带终端采用扇形结构作为开路终端，以实现整个馈电部分的宽带匹配。现有Vivaldi天线带宽和尺寸受实际影响，较为有限。
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种树杈形超宽带Vivaldi天线，克服现有技术Vivaldi天线受带宽和尺寸的影响，功能难有进一步的提高。
本发明的技术方案是：构建一种树杈形超宽带Vivaldi天线，包括天线介质基板、天线辐射模块及微带线馈电模块，所述天线辐射模块包括上表面金属层和下表面金属层，所述天线介质基板包括第一天线介质基板和第二天线介质基板，所述上表面金属层和所述微带线馈电模块分别设置在所述第一天线介质基板的相对两面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的一面上，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。
本发明的进一步技术方案是：所述上表面金属层和所述下表面金属层辐射方向对称。
本发明的进一步技术方案是：所述树杈形缝隙末端设置栅栏缝隙。
本发明的进一步技术方案是：所述树杈形缝隙之间设置上下相通的通孔。
本发明的进一步技术方案是：所述微带线馈电模块包括微带线金属层，所述微带线金属层末端设置扇形开路。
本发明的进一步技术方案是：所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合使所述上表面金属层和所述下表面金属层均在外表面，同时形成对称辐射。
本发明的进一步技术方案是：所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈等差递减。
本发明的进一步技术方案是：所述树杈形缝隙等距分布。
本发明的进一步技术方案是：所述上表面金属层和所述下表面金属层还包括设置圆形槽线。
本发明的技术效果是：构建一种树杈形超宽带Vivaldi天线，包括天线介质基板、天线辐射模块及微带线馈电模块，所述天线辐射模块包括上表面金属层和下表面金属层，所述天线介质基板包括第一天线介质基板和第二天线介质基板，所述上表面金属层和所述微带线馈电模块分别设置在所述第一天线介质基板的相对两面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的一面上，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。本发明一种树杈形超宽带Vivaldi天线，所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，树杈形缝隙将天线表面电流约束于渐变槽线周围，可以保证天线辐射特性得到较好地改善，提高天线的阻抗匹配性，拓展了天线的带宽，并提高天线的增益，增强天线端射效果，同时天线尺寸得到小型化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种树杈形超宽带Vivaldi天线，包括天线介质基板(图中未示出)、天线辐射模块2及微带线馈电模块((图中未示出))，所述天线辐射模块2包括上表面金属层21和下表面金属层(图中未示出)，所述天线介质基板包括第一天线介质基板和第二天线介质基板，所述上表面金属层和所述微带线馈电模块分别设置在所述第一天线介质基板的相对两面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的一面上，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线22，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线22的两侧设置多条树杈形缝隙23，所述树杈形缝隙23的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。
如图1所示，本发明的具体实施过程是：天线介质基板采用一定介电常数的高频板材，天线介质基板将微带馈线的能量通过电磁耦合方式传输到所述天线辐射模块2。所述天线辐射模块2包括上表面金属层21和下表面金属层，上表面金属层21和下表面金属层作为天线辐射贴片的用途，金属导体层上刻有圆形阻抗匹配槽线、平行槽线和指数渐变槽线。圆形槽线的作用主要是保持天线阻抗匹配，平行槽线和微带传输线起到相互耦合传输电磁波的作用，指数渐变槽线对天线辐射的电磁波起引向作用，指数渐变槽线22的两侧挖出数条等距分布的树杈形缝隙23，缝隙高度沿着指数渐变张口方向呈等差递减，最后的金属微带馈线包括矩形微带线和其末端的扇形开路结构，扇形开路结构起到阻抗匹配的作用。指数渐变槽线22有若干条随指数渐变槽线张开方向等差递减的树杈形缝隙23。
通常情况下，工作频带的低频段介质波长是对应槽线张口宽端最大宽度的2倍；而天线工作频带的最高频点则受到槽线窄端宽度的限制，窄端宽度一般为最高频率波长的0.02倍。在实际设计制作中，由于需要考虑天线尺寸大小、介质基板等因素，槽线张口宽端可取最低频点对应介质波长的1/6，槽线长约为1个介质波长，并能取得较好的天线特性。本发明的Vivaldi天线指数渐变曲线模型公式：
f(x)＝±(c1*exp(vR1*x2)+c2)
其中：vR1为指数函数的渐变率，c1和c2为系数，设平行线槽线段与渐变槽线段起点相交两点的中心点为原点构建直角坐标系，x为指数渐变槽线上各点对应的x坐标，f(x)表示指数渐变槽线上的点到纵轴y轴的距离。
本发明的优选实施方式是：所述上表面金属层21和所述下表面金属层辐射方向对称。天线介质基板将微带馈线的能量通过电磁耦合方式传输到表面金属导体层，微带线金属层提供一种微带线馈电方式，末端含有扇形开路结构，用于阻抗匹配，表面金属导体层将电磁能量按照一定的规律传播到空气或其他介质中去。
本发明优选实施方式中，所述树杈形缝隙23之间设置上下相通的通孔24，指数渐变槽线末端有栅栏缝隙。通过设置通孔24和栅栏缝隙，有效的扩展了天线的阻抗带宽，且保持一定的增益。
本发明的优选实施方式是：所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合使所述上表面金属层和所述下表面金属层均在外表面，同时形成对称辐射。具体实施过程中，所述上表面金属层、微带线金属层分别印制在第一天线介质基板的两侧，所述上表面金属层在第一天线介质基板的正面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的反面，且辐射方向对称，两块介质板通过压胶工艺进行叠合。
本发明的技术效果是：构建一种树杈形超宽带Vivaldi天线，包括天线介质基板(图中未示出)、天线辐射模块2及微带线馈电模块((图中未示出))，所述天线辐射模块2包括上表面金属层21和下表面金属层(图中未示出)，所述天线介质基板包括第一天线介质基板和第二天线介质基板，所述上表面金属层和所述微带线馈电模块分别设置在所述第一天线介质基板的相对两面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的一面上，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线22，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线22的两侧设置多条树杈形缝隙23，所述树杈形缝隙23的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。本发明一种树杈形超宽带Vivaldi天线，所述指数渐变槽线22的两侧设置多条树杈形缝隙23，树杈形缝隙23将天线表面电流约束于渐变槽线周围，可以保证天线辐射特性得到较好地改善，提高天线的阻抗匹配性，拓展了天线的带宽，并提高天线的增益，增强天线端射效果，同时天线尺寸得到小型化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，包括天线介质基板、天线辐射模块及微带线馈电模块，所述天线辐射模块包括上表面金属层和下表面金属层，所述天线介质基板包括第一天线介质基板和第二天线介质基板，所述上表面金属层和所述微带线馈电模块分别设置在所述第一天线介质基板的相对两面，所述下表面金属层设置在所述第二天线介质基板的一面上，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合，所述上表面金属层和所述下表面金属层上均设置平行槽线和指数渐变槽线，所述微带线馈电模块设置微带传输线，所述平行槽线和所述微带传输线耦合，所述指数渐变槽线的两侧设置多条树杈形缝隙，所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈递减。
2.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述上表面金属层和所述下表面金属层辐射方向对称。
3.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述树杈形缝隙末端设置栅栏缝隙。
4.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述树杈形缝隙之间设置上下相通的通孔。
5.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述微带线馈电模块包括微带线金属层，所述微带线金属层末端设置扇形开路。
6.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述第一天线介质基板和所述第二天线介质基板叠合使所述上表面金属层和所述下表面金属层均在外表面，同时形成对称辐射。
7.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述树杈形缝隙的高度沿着指数渐变张口方向呈等差递减。
8.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述树杈形缝隙等距分布。
9.根据权利要求1所述树杈形超宽带Vivaldi天线，其特征在于，所述上表面金属层和所述下表面金属层还包括设置圆形槽线。
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