CN111987448A - 一种双极化Vivaldi天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化Vivaldi天线，包括：两个相同的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元与第二天线单元相互正交交叉连接；固定装置，其用于固定所述第一天线单元及第二天线单元；所述第一天线单元和所述第二天线单元均包含介质板，所述介质板呈T形；所述第一天线单元的介质板的中间设有一槽口，所述第二天线单元的介质板的长边插入到所述槽口内，实现所述第一天线单元与所述第二天线单元的正交交叉连接。本发明将两个天线单元能量比较集中的槽缝分隔开，使得天线单元具有较高的端口隔离度以及极化纯度，同时，本发明采用结构简单的天线单元固定装置，可靠性较高。

Description

一种双极化Vivaldi天线
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种超带宽双极化Vivaldi天线。
背景技术
Vivaldi天线是一种采用印制电路板工艺制作的平面结构天线，即将覆铜层印制蚀刻在较薄的微波、射频基板上，并由逐渐张开的槽线构成辐射臂。作为一种表面波行波天线，具有简单的平面结构、优良的的辐射特性以及超宽带被广泛应用在超宽带无线通信系统、宽频带相控阵雷达和射电天文等领域。
但是微带馈电的指数锥削槽天线辐射臂电流不对称，交叉极化和高次模的激发，将引起方向图的显著畸变，从而导致某些角度上增益出现显著波动和天线方向图不对称性，如何进一步拓宽天线的工作带宽、提高极化纯度和端口隔离度以及构建双极化结构，是现阶段超宽带无线电领域的一个研究难点。
发明内容
本发明提出了一种双极化Vivaldi天线，通过将两个天线单元的能量集中槽缝分隔开，降低了两个天线单元间的互耦，从而提高双极化Vivaldi天线的端口隔离度和每个天线单元的极化纯度。
为了达到上述目的，本发明提出了一种双极化Vivaldi天线，包括：
两个相同的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元与第二天线单元相互正交交叉连接；
固定装置，其用于固定所述第一天线单元及第二天线单元；
所述第一天线单元和所述第二天线单元均包含介质板，所述介质板呈T形，将介质板的水平部分定义为介质板的长边，介质板的竖直部分定义为介质板的短边；所述第一天线单元的介质板的中间设有一槽口，所述第二天线单元的介质板的长边插入到所述槽口内，实现所述第一天线单元与所述第二天线单元的正交交叉连接。
进一步，所述槽口的宽度等于所述介质板的厚度，所述槽口的长度等于所述介质板的长边的的宽度，所述槽口的厚度等于所述介质板的厚度。
进一步，所述第一天线单元与第二天线单元正交交叉连接后，所述第一天线单元的介质板的短边与第二天线单元的介质板的短边的间距为5mm-10mm。
进一步，所述第一天线单元和所述第二天线单元均还包含：
分别设置在所述介质板上表面及下表面的辐射臂；
位于所述介质板内部的馈电巴伦；
若干位于馈电巴伦周围的金属通孔，所述金属通孔贯穿所述介质板，用于抑制电磁泄露；
位于所述介质板底部的同轴连接器，所述同轴连接器的一端与所述馈电巴伦连接，用于天线单元的信号输入或输出。
进一步，所述的介质板为两层介质基板，所述馈电巴伦位于所述两层介质基板中间。
进一步，所述介质基板采用FR-4等级材料，单层介质基板厚度为1mm，相对介电常数为4.4。
进一步，所述辐射臂包括：位于所述介质板中间的圆形辐射部，与所述圆形辐射部连接的指数形辐射部，沿所述介质板的长边的轮廓设置的圆弧形辐射部，以及沿所述介质板的短边的轮廓设置的直线形辐射部；所述辐射臂的轮廓构成辐射臂的槽缝结构。
进一步，所述馈电巴伦包括相互连接的梯形渐变结构与扇形结构，所述梯形渐变结构为梯形阻抗变换器，用于展宽天线单元的阻抗带宽，所述扇形结构用于实现馈电巴伦到辐射臂的良好过渡。
进一步，所述固定装置包括：
底板，所述底板上设有两个安装通孔，用于安装所述介质板底部的同轴连接器；
固定在所述底板上的固定支架，其用于固定所述第一天线单元和第二天线单元；
位于所述底板上且围绕所述支架的吸波结构，其用于抑制天线后瓣。
进一步，所述天线单元的同轴连接器上设有安装部件，所述安装部件上设有至少一个第一安装孔；所述底板上的每个安装通孔的周围设有至少一个第二安装孔；通过将所述天线单元的同轴连接器安装到所述底板上的安装通孔内，通过螺钉将所述天线单元的第一安装孔与所述底板的第二安装孔固定连接，实现所述天线单元与底板的固定连接。
进一步，所述固定装置包括：所述固定支架上设有若干个第一固定孔，所述天线单元的介质板上设有若干个第二固定孔，所述的天线单元的第二固定孔通过连接零件与所述固定装置的第一固定孔连接。
进一步，所述固定支架采用聚砜材料。
本发明具有以下优势：
本发明将两个天线单元能量比较集中的槽缝分隔开，以避免两个天线单元槽缝处产生较强的耦合，使得天线单元具有较高的端口隔离度以及极化纯度。本发明在不影响天线单元电磁辐射的前提下，采用结构简单的天线单元固定装置，可靠性较高。同时，本发明具有加工简单、重量轻、低成本的优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双极化Vivaldi天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的相互正交交叉连接第一天线单元与第二天线单元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的天线单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的馈电巴伦的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的固定装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种双极化Vivaldi天线作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1和图2所示，本发明提出的一种双极化Vivaldi天线，包括：
相互正交交叉连接的第一天线单元1及第二天线单元2，所述第一天线单元1与所述第二天线单元2大小相同；
以及固定装置3，其分别与所述第一天线单元1及所述第二天线单元2连接，用于固定所述第一天线单元1和第二天线单元2。
如图3所示，所述第一天线单元1和所述第二天线单元2均包含：
介质板5，所述介质板5呈T形，将介质板5的水平部分定义为介质板5的长边、介质板5的竖直部分定义为介质板5的短边；
分别设置在所述介质板5上表面及下表面的辐射臂6；
位于所述介质板5内部的馈电巴伦7；
若干位于馈电巴伦7周围的金属通孔8，所述金属通孔8贯穿所述介质板5，用于抑制电磁泄露；
位于所述介质板5底部的同轴连接器9，所述同轴连接器9的一端与所述馈电巴伦7连接，用于天线单元的信号输入或输出。
所述第一天线单元1的介质板5的中间设有一槽口4，所述槽口4的宽度等于所述介质板5的厚度，所述槽口4的长度等于所述介质板5的长边的的宽度，所述槽口4的厚度等于所述介质板5的厚度。所述第二天线单元2的介质板5的长边插入到所述第一天线单元1的槽口4内，实现所述第一天线单元1与第二天线单元2的正交交叉连接。所述第一天线单元1与第二天线单元2正交交叉连接后，所述第一天线单元1的介质板5的短边与第二天线单元2的介质板5的短边的间距L为5mm-10mm。
优选地，所述的第一天线单元1的介质板5及第二天线单元2的介质板5为两层介质基板，所述双层介质基板包括形状大小相同的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为T形结构。所述双面辐射臂6分别设置在所述第一层介质基板的上表面上与所述第二层介质基板的下表面上，所述馈电巴伦7位于所述第一层介质基板与所述第二层介质基板的中间。优选地，所述介质基板采用FR-4等级材料，厚度为1mm，相对介电常数为4.4。
具体地，所述辐射臂6包括：位于介质基板中间的圆形辐射部601，与所述圆形辐射部601连接的指数形辐射部602，沿所述介质基板的长边的轮廓设置的圆弧形辐射部603，以及沿所述介质基板的短边的轮廓设置的直线形辐射部604。所述辐射臂6的轮廓包括圆形辐射部601的圆形曲线、指数形辐射部602的指数渐变曲线、圆弧形辐射部603的圆弧形曲线及直线型辐射部的直线结构，上述圆形曲线、指数渐变曲线、圆弧形曲线及直线结构共同构成辐射臂6的槽缝结构。
如图4所示，所述馈电巴伦7包括相互连接的梯形渐变结构702与扇形结构701，所述梯形渐变结构702为梯形阻抗变换器，用于展宽天线单元的阻抗带宽，所述扇形结构用于实现馈电巴伦到辐射臂的良好过渡；通过梯形阻抗变换器以及扇形结构701可以在很宽的带宽内实现天线的良好匹配。具体地，所述梯形渐变结构702的另一端与所述同轴连接器9连接。所述梯形渐变结构702的周围设置有若干个贯穿两层介质基板的金属通孔8，用来抑制电磁泄露。所述金属通孔8的具体大小、位置、数量无特殊要求，在加工工艺可实现的范围内尽量贴近所述馈电巴伦7的梯形渐变结构702的两边，不仅有利于天线的宽带匹配而且保证了天线辐射性能。
如图5所示，所述固定装置3包括：
底板301；
固定在所述底板301上的固定支架302，其用于固定所述第一天线单元1和所述第二天线单元2；
位于所述底板301上且围绕所述支架的吸波结构303，其用于抑制天线后瓣。
具体地，所述底板301上设有两个安装通孔(图中未示出)，所述每个安装通孔的设置位置和大小与所述天线单元的同轴连接器9相对应。通过将所述天线单元的同轴连接器9安装到所述底板301上的安装通孔内，实现所述天线单元与所述底板301的连接。优选地，所述的同轴连接器9上设有安装部件10，所述安装部件10的两端各设有一个第一安装孔101；所述底板301上的每个安装通孔的两侧还设有第二安装孔(图中未示出)，所述安装孔的设置位置和大小与所述第一安装孔101相对应；通过将所述天线单元的同轴连接器9安装到所述底板301上的安装通孔内，再通过螺钉将所述天线单元的第一安装孔101与所述底板301的第二安装孔固定连接，实现所述天线单元与底板301的固定连接。
所述固定支架302上设有六个第一固定孔304，所述第一天线单元1的介质板5及所述第二天线单元2的介质板5上均设有三个第二固定孔11，所述固定支架302的六个第一固定孔304分别通过螺钉与所述第一天线单元1的三个第二固定孔11及所述第二天线单元2的三个第二固定孔11连接，实现所述固定支架302与所述第一天线单元1及所述第二天线的单元的固定连接。优选地，所述固定支架302采用聚砜材料，既能保证天线结构的可靠性又不影响天线性能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，包括：
两个相同的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元与第二天线单元相互正交交叉连接；
固定装置，其用于固定所述第一天线单元及第二天线单元；
所述第一天线单元和所述第二天线单元均包含介质板，所述介质板呈T形，将介质板的水平部分定义为介质板的长边、介质板的竖直部分定义为介质板的短边；所述第一天线单元的介质板的中间设有一槽口，所述第二天线单元的介质板的长边插入到所述槽口内，实现所述第一天线单元与所述第二天线单元的正交交叉连接；
所述槽口的宽度等于所述介质板的厚度，所述槽口的长度等于所述介质板的长边的的宽度。
2.如权利要求1所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述第一天线单元与第二天线单元正交交叉连接后，所述第一天线单元的介质板的短边与第二天线单元的介质板的短边的间距为5mm-10mm。
3.如权利要求1所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元均还包含：
分别设置在所述介质板上表面及下表面的辐射臂；
位于所述介质板内部的馈电巴伦；
若干位于馈电巴伦周围的金属通孔，所述金属通孔贯穿所述介质板，用于抑制电磁泄露；
位于所述介质板底部的同轴连接器，所述同轴连接器的一端与所述馈电巴伦连接，用于天线单元的信号输入/输出。
4.如权利要求3所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述的介质板为两层介质基板，所述馈电巴伦位于所述两层介质基板中间。
5.如权利要求4所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述介质基板采用FR-4等级材料，单层介质基板厚度为1mm，相对介电常数为4.4。
6.如权利要求3所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述辐射臂包括：位于所述介质板中间的圆形辐射部，与所述圆形辐射部连接的指数形辐射部，沿所述介质板的长边的轮廓设置的圆弧形辐射部，以及沿所述介质板的短边的轮廓设置的直线形辐射部；所述辐射臂的轮廓构成辐射臂的槽缝结构。
7.如权利要求3所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述馈电巴伦包括相互连接的梯形渐变结构与扇形结构，所述梯形渐变结构为梯形阻抗变换器，用于展宽天线单元的阻抗带宽；所述扇形结构用于实现馈电巴伦到辐射臂的良好过渡。
8.如权利要求3所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述固定装置包括：
底板，所述底板上设有两个安装通孔，用于安装所述介质板底部的同轴连接器；
固定在所述底板上的固定支架，其用于固定所述第一天线单元和第二天线单元；
位于所述底板上且围绕所述支架的吸波结构，其用于抑制天线后瓣。
9.如权利要求8所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述固定装置包括：所述固定支架上设有若干个第一固定孔，所述天线单元的介质板上设有若干个第二固定孔，所述的天线单元的第二固定孔通过连接零件与所述固定装置的第一固定孔固定连接。
10.如权利要求8所述的一种双极化Vivaldi天线，其特征在于，所述固定支架采用聚砜材料。
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