CN116191005A - 超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线。其包括介质基板、馈线单元层以及接地单元层，其中，馈线单元层包括配置形成的馈线单元指数渐变槽线、微带线以及馈线单元半椭圆形金属片；接地单元层包括配置形成的接地单元指数渐变槽线、用于接地的金属接地片、与所述金属接地片适配电连接的渐变巴伦以及与所述渐变巴伦适配连接的接地单元半椭圆形金属片；馈线单元半椭圆形金属片与接地单元半椭圆形金属片关于微带线旋转对称，且馈线单元指数渐变槽线与接地单元指数渐变槽线关于微带线旋转对称。本发明获得较高增益的同时，极大地拓展了天线的带宽；天线在工作频带内辐射方向图具有良好的对称性，可有效提高天线主轴辐射特性。

Description

超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线
技术领域
本发明涉及一种Vivaldi天线，尤其是一种超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线。
背景技术
近年来，随着国内外对宽带天线的传输速率、系统容量、发射功率等重要参数要求的不断提高，超宽带天线技术的研究日益成为热点。
端射天线因具有增益高、易共形、尺寸小与良好的空气气动性等优点而常用于雷达探测系统中，尤其适用于高速飞行器。其中，Vivaldi天线作为超宽带端射天线的一种，因其结构简单、易于加工与便于集成等特点而受到广泛关注。
然而，在目前已报道的Vivaldi天线设计中，大多数Vivaldi天线的带宽增加有限且天线的增益不是很高，此外，Vivaldi天线的主轴辐射特性较差，难以满足实际的应用需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其获得较高增益的同时，极大地拓展了天线的带宽；天线在工作频带内辐射方向图具有良好的对称性，可有效提高天线主轴辐射特性。
按照本发明提供的技术方案，所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，包括介质基板、设置于所述介质基板第一主面的馈线单元层以及设置于介质基板第二主面的接地单元层，介质基板的第一主面与所述介质基板的第二主面正对应，其中，
馈线单元层包括配置形成的馈线单元指数渐变槽线、用于馈电连接的微带线以及与所述微带线适配电连接的馈线单元半椭圆形金属片；
接地单元层包括配置形成的接地单元指数渐变槽线、用于接地的金属接地片、与所述金属接地片适配电连接的渐变巴伦以及与所述渐变巴伦适配连接的接地单元半椭圆形金属片；
馈线单元半椭圆形金属片与接地单元半椭圆形金属片关于微带旋转对称，且馈线单元指数渐变槽线与接地单元指数渐变槽线关于微带线旋转对称。
还包括用于延长天线在低频电尺寸的馈线单元梳状结构以及接地单元梳状结构，其中，
馈线单元梳状结构设置于馈线单元半椭圆形金属片，接地单元梳状结构设置于接地单元半椭圆形金属片，且馈线单元梳状结构与接地单元梳状结构关于微带线旋转对称。
所述馈线单元梳状结构包括若干贯通馈线单元半椭圆形金属片的馈线单元金属片槽，其中，
馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽在馈线单元半椭圆形金属片内沿微带线的长度方向依次排布，馈线单元金属片槽间相互平行；
馈线单元金属片槽的开口位于馈线单元半椭圆形金属片所在椭圆形长轴端点的外缘，所有馈线单元金属片槽的槽底在馈线单元半椭圆形金属片内平齐。
所述接地单元梳状结构包括若干贯通接地单元半椭圆形金属片的接地单元金属片槽，其中，
接地单元梳状结构内接地单元金属片槽的数量与馈线单元梳状结构馈线单元金属片槽的数量相一致，且接地单元梳状结构内的接地单元金属片槽与馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽关于微带线旋转对称。
所述馈线单元指数渐变槽线包括馈线单元内指数渐变槽线以及馈线单元外指数渐变槽线，其中，
馈线单元外指数渐变槽线与馈线单元半椭圆形金属片所在椭圆形的短轴外缘对应，馈线单元内指数渐变槽线位于馈线单元半椭圆形金属片下部，馈线单元半椭圆形金属片通过馈线单元外指数渐变槽线以及馈线单元内指数渐变槽线与微带线适配电连接。
还包括与微带线配合形成阶梯式馈线的微带线连接体，其中，
微带线通过微带线连接体与馈线单元外指数渐变槽线以及馈线单元内指数渐变槽线适配连接，沿垂直于微带线轴线方向上，微带线的宽度大于微带线连接体的宽度。
所述接地单元指数渐变槽线包括接地单元内指数渐变槽线以及接地单元外指数渐变槽线，其中，
接地单元外指数渐变槽线与馈线单元外指数渐变槽线关于微带线旋转对称，接地单元内指数渐变槽线与馈线单元内指数渐变槽线关于微带线旋转对称。
还包括用于改善低频辐射特性并使得天线最大辐射方向沿微带线长度方向辐射的辐射特性改善单元；
所述辐射特性改善单元包括设置于介质基板第一主面上的第一主面金属栅栏以及设置于介质基板第二主面上的第二主面金属栅，其中，
第一主面金属栅栏在介质基板的第一主面与馈线单元半椭圆形金属片正对应，第一主面金属栅栏位于馈线单元半椭圆形金属片与微带线之间，且第一主面金属栅栏与第二主面金属栅栏关于微带线旋转对称。
所述第一主面金属栅栏包括若干金属栅栏条，其中，
第一主面金属栅栏内的金属栅栏条相互平行，且金属栅栏条的长度方向与微带线的长度方向垂直。
所述金属接地片呈矩形。
本发明的优点：
1、基于馈线单元层内的馈线单元半椭圆形金属片以及接地单元层内的接地单元半椭圆形金属片，可使天线在馈线单元半椭圆形金属片以及接地单元半椭圆金属片相对应长轴端点外缘处的电流沿所在半椭圆形金属片的边缘流动，有效降低天线边缘的电流截断效应，使电流集中在馈线单元半椭圆形金属片以及接地单元半椭圆形金属片中，从而明显改善天线在低频的带宽特性。
2、在馈线单元半椭圆形金属片内设置馈线单元金属片槽，以及在接地单元半椭圆形金属片内设置接地单元金属片槽，馈线单元金属片槽以及接地单元金属片槽相应的长度约为天线低频的四分之一波长，从而使天线沿馈线单元半椭圆形金属片与接地单元半椭圆形金属片相应短轴方向分布的反方向电场转变为同方向电场，延长了电流的流动路径，即延长天线在低频的电尺寸达到一个波长，使得天线带宽在低频得到进一步拓展，提高天线主轴辐射特性。
3、利用第一主面的第一主面金属栅栏可削减馈线单元半椭圆形金属片与微带线之间的电场；利用第二主面的第二主面金属栅栏可削减接地单元半椭圆形金属片与金属接地片之间的电场，使天线分布在主轴两侧的电场趋于平衡，从而进一步地提高天线在低频的辐射特性。
4、微带线连接体与微带线配合形成阶梯式馈线，阶梯式馈线与金属接地片和所述金属接地片连接的渐变巴伦共同构成阶梯式渐变微带巴伦结构，阶梯式渐变微带巴伦结构可将馈线单元指数渐变槽线与微带线连接体处的高阻抗值良好地过度到50欧姆匹配，将单端不平衡的输入电流转换成平衡的电流，保证天线良好的阻抗匹配特性，从而实现天线良好的宽带特性。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明馈线单元层一种实施例的示意图。
图3为本发明接地单元层一种实施例的示意图。
图4为本发明仿真得到天线驻波VSWR曲线的示意图。
图5为本发明仿真得到增益曲线的示意图。
图6为本发明2GHz频率下的天线方向图。
图7为本发明18GHz频率下的天线方向图。
图8为本发明34GHz频率下的天线方向图。
附图标记说明：1-馈线单元层、2-介质基板、3-接地单元层、4-馈线单元金属片槽、5-馈线单元半椭圆形金属片、6-馈线单元外指数渐变槽线、7-馈线单元内指数渐变槽线、8-微带线、9-渐变巴伦、10-金属接地片、11-第一主面金属栅栏、12-微带线连接体、13-接地单元半椭圆形金属片、14-接地单元金属片槽、15-接地单元外指数渐变槽线、16-接地单元内指数渐变槽线、17-第二主面金属栅栏。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2和图3所示：为了获得较高增益的同时，极大地拓展了天线的带宽，本发明的一种实施例中，超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，具体地，包括介质基板2、设置于所述介质基板2第一主面的馈线单元层1以及设置于介质基板2第二主面的接地单元层3，介质基板2的第一主面与所述介质基板2的第二主面正对应，其中，
馈线单元层1包括配置形成的馈线单元指数渐变槽线、用于馈电连接的微带线8以及与所述微带线8适配电连接的馈线单元半椭圆形金属片5；
接地单元层3包括配置形成的接地单元指数渐变槽线、用于接地的金属接地片10、与所述金属接地片10适配电连接的渐变巴伦9以及与所述渐变巴伦9适配连接的接地单元半椭圆形金属片13；
馈线单元半椭圆形金属片5与接地单元半椭圆形金属片13关于微带线8旋转对称，且馈线单元指数渐变槽线与接地单元指数渐变槽线关于微带线8旋转对称。
具体地，介质基板2可以采用现有常用的形式，如可选用介电常数为3.66、损耗正切角为0.0037的RO4350B双面覆铜板，介质基板2的具体情况可根据需要选择，以能满足实际的应用需求为准。介质基板2一般呈矩形状，介质基板2具有第一主面以及与所述第一主面相对应的第二主面，一般地，第一主面、第二主面为介质基板2相对应的两个表面。
在介质基板2的第一主面设置馈线单元层1，在介质基板2的第二主面设置接地单元层3，接地单元层3与馈线单元层1通过介质基板2隔离。
本发明的一种实施例中，馈线单元层1包括馈线单元指数渐变槽线、微带线8以及馈线单元半椭圆形金属片5，其中，利用微带线8能实现馈电连接，馈线单元半椭圆形金属片5相应的形状呈半椭圆形，所述半椭圆形具体指沿对一椭圆形沿短轴方向分割后所对应形成的形状，馈线单元指数渐变槽线与裤线单元半椭圆形金属片5对应，且与微带线8适配连接。
对馈线单元半椭圆形金属片5所形成的半椭圆形，馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形的长轴方向与微带线8的长度方向垂直或接近垂直，馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形的短轴方向与微带线8的长度方向对应，所述对应具体指相互平行或接近平行的状态。
对接地单元层3，所述接地单元层3包括接地单元指数渐变槽线、金属接地片10、渐变巴伦9以及接地单元半椭圆形金属片13，其中，接地单元半椭圆形金属片13所形成的半椭圆形，与馈线单元半椭圆形金属片5对应形成的半椭圆形方式相一致。金属接地片10用接地，渐变巴伦9一般与微带线8共同作用，可将不平衡端口转变为平衡端口。
具体实施时，馈线单元半椭圆形金属片5与接地单元半椭圆形金属片13关于微带线8旋转对称，且馈线单元指数渐变槽线与接地单元指数渐变槽线关于微带线8旋转对称。具体地，通过馈线单元半椭圆形金属片5以及接地单元半椭圆形金属片13，能有效降低天线电流在外边缘处的截断效应，使电流集中在馈线单元半椭圆形金属片5以及接地单元半椭圆形金属片13相对应的辐射结构中，从而明显改善天线在低频的带宽特性。所述外边缘处，具体是指馈线单元半椭圆形金属片5以及接地单元半椭圆形金属片13相应长轴端点所在的外缘。
进一步地，还包括用于延长天线在低频电尺寸的馈线单元梳状结构以及接地单元梳状结构，其中，
馈线单元梳状结构设置于馈线单元半椭圆形金属片5，接地单元梳状结构设置于接地单元半椭圆形金属片13，且馈线单元梳状结构与接地单元梳状结构关于微带线8旋转对称。
本发明的一种实施例中，利用馈线单元梳状结构以及接地单元梳状结构延长天线在低频的电尺寸，以使得天线带宽在低频得到进一步拓展，提高天线主轴辐射特性。其中，馈线单元梳状结构设置于馈线单元半椭圆形金属片5，接地单元梳状结构设置于接地单元半椭圆形金属片13，且馈线单元梳状结构与接地单元梳状结构关于微带线8旋转对称。天线的主轴与微带线8的长度方向平行。
具体实施时，天线的电尺寸和频率有关，它是将具体的物理尺寸换算成与频率相关的一种相对尺寸关系，一般用波长表示，波长λ＝с/f(c为真空中波速，f为频率)，低频对应的频率范围为2GHz～5GHz。
图2中示出了馈线单元梳状结构的一种实施情况，具体地，所述馈线单元梳状结构包括若干贯通馈线单元半椭圆形金属片5的馈线单元金属片槽4，其中，
馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽4在馈线单元半椭圆形金属片5内沿微带线8的主轴方向依次排布，馈线单元金属片槽4间相互平行；
馈线单元金属片槽4的开口位于馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形长轴端点的外缘，所有馈线单元金属片槽4的槽底在馈线单元半椭圆形金属片5内平齐。
具体实施时，在馈线单元半椭圆形金属片5内设置多个馈线单元金属片槽4，以利用所设置的馈线单元金属片槽4与馈线单元半椭圆形金属片5配合，以形成馈线单元梳状单元。对任一馈线单元金属片槽4均贯通馈线单元半椭圆形金属片5。当设置多个馈线单元金属片槽4时，多个馈线单元金属片槽4沿微带线8的长度方向依次排布，图2中示出了设置四个馈线单元金属片槽4的一种实施情况，四个馈线单元金属片槽4的排布方向与微带线8的长度方向相一致；四个馈线单元金属片槽4相互平行。
对图2以及上述说明形状分布的馈线单元半椭圆形金属片5，本发明的一种实施例中，馈线单元金属片槽4的开口/槽口位于馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形长轴端点的外缘，馈线单元金属片槽4的开口/槽口贯通馈线单元半椭圆形金属片5的外缘，即馈线单元金属片槽4为一开口槽。
此外，所有馈线单元金属片槽4的槽底在馈线单元半椭圆形金属片5内平齐，馈线单元金属片槽4的槽底平齐，具体是指所有馈线单元金属片槽4的槽底正对齐。因此，当存在多个馈线单元金属片槽4时，馈线单元金属片槽4对应的长度会有所不同，馈线单元金属片槽4相应的尺度较为接近，一般为天线低频的四分之一波长，馈线单元金属片槽4相对应槽口指向所述馈线单元金属片槽4槽底的方向与微带线8的长度方向垂直。
图3中示出了接地单元梳状结构的一种实施情况，所述接地单元梳状结构包括若干贯通接地单元半椭圆形金属片13的接地单元金属片槽14，其中，
接地单元梳状结构内接地单元金属片槽14的数量与馈线单元梳状结构馈线单元金属片槽4的数量相一致，且接地单元梳状结构内的接地单元金属片槽14与馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽4关于微带线8旋转对称。
具体实施时，接地单元金属片槽14的具体情况可以参考上述馈线单元金属片槽4的说明，具体以能满足接地单元梳状结构内接地单元金属片槽14与馈线单元梳状结构馈线单元金属片槽4关于微带线8旋转对称为准。
具体地，通过在馈线单元半椭圆形金属片5内设置馈线单元金属片槽4，以能形成梳状形式，以及通过接地单元金属片槽14在接地单元半椭圆形金属片13上的梳状结构。其中，馈线单元金属片槽4以及接地单元金属片槽14相应的长度约为天线低频的四分之一波长，从而使天线沿馈线单元半椭圆形金属片5与接地单元半椭圆形金属片13相应短轴方向分布的反方向电场转变为同方向电场，延长了电流的流动路径，即延长天线在低频的电尺寸达到一个波长，使得天线带宽在低频得到进一步拓展，提高天线主轴辐射特性。
进一步地，所述馈线单元指数渐变槽线包括馈线单元内指数渐变槽线7以及馈线单元外指数渐变槽线6，其中，
馈线单元外指数渐变槽线6与馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形的短轴外缘对应，馈线单元内指数渐变槽线7位于馈线单元半椭圆形金属片5下部，馈线单元半椭圆形金属片5通过馈线单元外指数渐变槽线6以及馈线单元内指数渐变槽线7与微带线8适配电连接。
本发明的一种实施例中，馈线单元半椭圆形金属片5位于微带线8长度方向的一侧，图2中，馈线单元半椭圆形金属片5位于微带线8长度方向的左侧，当然，馈线单元半椭圆形金属片5也可以位于微带线8轴线的右侧，具体可以根据需要选择。
馈线单元内指数渐变槽线7以及馈线单元外指数渐变槽线6，为天线的辐射槽，能量通过馈线馈入后，主要沿馈线单元内指数渐变槽线7以及馈线单元外指数渐变槽线6传播并辐射到外界，具体工作原理以及作用均与现有相一致。
由图2和上述说明可知，馈线单元半椭圆形金属片5为沿椭圆形短轴分割后形成的形状，因此，馈线单元半椭圆形金属片5与接地单元半椭圆形金属片13关于微带线8旋转对称时，馈线单元半椭圆形金属片5与接地单元半椭圆形金属片13可拼接形成一个椭圆形，即形成对拓的结构形式。
馈线单元外指数渐变槽线6与馈线单元半椭圆形金属片5所在椭圆形的短轴外缘对应，馈线单元内指数渐变槽线7位于馈线单元半椭圆形金属片5下部，从而通过馈线单元外指数渐变槽线6以及馈线单元内指数渐变槽线7与微带线8适配电连接。
由于接地单元指数渐变槽线与馈线单元指数渐变槽线关于微带线8旋转对称，因此，对图2中示出馈线单元指数渐变槽线的一种实施情况，则有：
所述接地单元指数渐变槽线包括接地单元内指数渐变槽线16以及接地单元外指数渐变槽线15，其中，
接地单元外指数渐变槽线15与馈线单元外指数渐变槽线6关于微带线8旋转对称，接地单元内指数渐变槽线16与馈线单元内指数渐变槽线7关于微带线8旋转对称。
具体地，接地单元指数渐变槽线的情况可以参考图3以及上述关于馈线单元指数渐变槽线的说明，以能满足接地单元指数渐变槽线与馈线单元指数渐变槽线关于微带线8旋转对称为准，此处不再赘述。
本发明的一种实施例中，还包括与微带线8配合形成阶梯式馈线的微带线连接体12，其中，
微带线8通过微带线连接体12与馈线单元外指数渐变槽线6以及馈线单元内指数渐变槽线7适配连接，沿垂直于微带线8长度方向上，微带线8的宽度大于微带线连接体12的宽度。
图2中，微带线8呈直线状，微带线8的一端与介质基板1第一主面的一侧边对齐，微带线8的另一端与微带线连接体12的一端连接，微带线连接体12的另一端与馈线单元外指数渐变槽线6以及馈线单元内指数渐变槽线7适配连接。
微带线连接体12与微带线8配合形成阶梯式馈线，阶梯式馈线与金属接地片10和所述金属接地片10连接的渐变巴伦9共同构成阶梯式渐变微带巴伦结构，阶梯式渐变微带巴伦结构可将馈线单元指数渐变槽线与微带线连接体处12的高阻抗值良好地过度到50欧姆匹配，将单端不平衡的输入电流转换成平衡的电流，保证天线良好的阻抗匹配特性，从而实现天线良好的宽带特性。
进一步地，所述金属接地片10呈矩形。具体实施时，金属接地片10呈矩形状时，即包括两对相互平行的侧边，金属接地片10一较长的侧边与介质基板2第二主面的一侧边平齐，且与微带线8正对应。金属接地片10通过渐变巴伦9与接地单元内指数渐变槽线16以及接地单元外指数渐变槽线15适配电连接。
本发明的一种实施例中，还包括用于改善低频辐射特性并使得天线最大辐射方向沿微带线8长度方向辐射的辐射特性改善单元；
所述辐射特性改善单元包括设置于介质基板2第一主面上的第一主面金属栅栏11以及设置于介质基板2第二主面上的第二主面金属栅栏17，其中，
第一主面金属栅栏11在介质基板2的第一主面与馈线单元半椭圆形金属片5正对应，第一主面金属栅栏11位于馈线单元半椭圆形金属片5与微带线8之间，且第一主面金属栅栏11与第二主面金属栅栏17关于微带线8旋转对称。
具体实施时，第一主面金属栅栏11设置于介质基板2的第一主面上，但第一主面金属栅栏11与馈线单元层间相互独立，即与馈线单元层互不接触。第二主面金属栅栏17设置于介质基板2的第二主面，第二主面金属栅栏17与接地单元层间也相互独立，第一主面金属栅栏11与第二主面金属栅栏17关于微带线8旋转对称。
图2中示出了第一主面金属栅栏11的一种实施情况，具体地，所述第一主面金属栅栏11包括若干金属栅栏条，其中，
第一主面金属栅栏11内的金属栅栏条相互平行，且金属栅栏条的长度方向与微带线8的长度方向垂直。
图2中，第一主面金属栅栏11包括五条均匀间隔分布的金属栅栏条，五条金属栅栏条相互平行，且具有相同的长度，五条金属栅栏条排布方向与微带线8的长度方向相一致。金属栅栏条分别于微带线8以及微带线连接体12对应，金属栅栏条可以采用现有常用的材料以及技术手段制备得到，具体可以根据实际需要选择，以能制备所需的第一主面金属栅栏11为准。
在制备得到第一主面金属栅栏11后，根据关于微带线8旋转对称的条件，即可制备得到第二主面金属栅栏17。
利用第一主面的第一主面金属栅栏11可削减馈线单元半椭圆形金属片5与微带线8之间的电场；利用第二主面的第二主面金属栅栏17可削减接地单元半椭圆形金属片13与金属接地片10之间的电场，使天线分布在主轴两侧的电场趋于平衡，从而进一步地提高天线在低频的辐射特性。
对于上述的Vivaldi天线，能量通过微带线8对整个馈线单元层1馈电，馈线单元层1通过馈线单元外指数渐变槽线6将能量耦合给接地单元层，并且大部分能量沿馈线单元外指数渐变槽线6与接地单元外指数渐变槽线15耦合向前传递，最终以电磁波形式向外界辐射。通过旋转对称的馈线单元半椭圆形金属片5以及接地单元半椭圆金属片13，能有效改善天线在低频驻波比特性，从而拓展天线带宽。通过第一主面金属栅栏11以及第二主面金属栅栏17，能明显改善天线在低频的辐射特性，使天线方向图沿主轴辐射。
图2中对本发明Vivaldi天线的尺寸进行标注，其中，W为介质基板2的宽度，L为介质基板2的长度，h0为馈线单元外指数渐变槽线6的高度，h1为馈线单元内指数渐变槽线7的高度，w1为微带线连接体12的宽度，lc为馈线单元金属片槽4的长度，ls为第一主面金属栅栏11内金属栅栏条的长度。图3中，wd为金属接地片10的宽度。
针对图2和图3中的尺寸标注，下面给出一种具体实例以及针对所述实例进行的仿真，具体地，介质基板2宽度W为105mm，长度L为93mm，介质基板2的厚度为0.762mm。馈线单元金属片槽4lc为20mm，第一主面金属栅栏11内金属栅栏条的长度ls为35mm。馈线单元外指数渐变槽线6的高度h0为70mm，馈线单元内指数渐变槽线7的高度h1为18mm。
以微带线连接体12与馈线单元内指数渐变槽线7连接的点为坐标原点，建立坐标系，所建立的坐标系如图2所示。根据图2中的坐标系，则有：所述馈线单元外指数渐变槽线6相对应的表达式为：
Figure BDA0003836321890000091
所述馈线单元内指数渐变槽线7相对应的表达式为：/>
Figure BDA0003836321890000092
其中，y0和x0分别为馈线单元外指数渐变槽线6相对应的y坐标与x坐标，且0≤x0≤h0；y1和x1为馈线单元内指数渐变槽线7的y坐标与x坐标，且0≤x1≤h1。
图4为基于上述尺寸实例对应的天线驻波VSWR曲线，图5为基于上述尺寸实例对应的天线增益曲线，其中，图4的横坐标为频率(单位为GHz)，纵坐标为驻波比，图5中的横坐标为频率(单位为GHz)，纵坐标为增益(单位为dB)。
图6、图7和图8为基于上述尺寸实例对应的天线方向图，其中，图6为频率在2GHz下的天线方向图，图7为频率为18GHz下的天线方向图，图8为频率为34GHz下的天线方向图。
基于上述图4～图8的仿真结果可知，本发明的天线在获得较高增益的同时，极大地拓展了天线的带宽，满足超宽带的特性。天线在工作频带内辐射方向图具有良好的对称性，从而提高了天线主轴辐射特性。

Claims (10)

1.一种超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是，包括介质基板(2)、设置于所述介质基板(2)第一主面的馈线单元层以及设置于介质基板(2)第二主面的接地单元层，介质基板(2)的第一主面与所述介质基板(2)的第二主面正对应，其中，
馈线单元层包括配置形成的馈线单元指数渐变槽线、用于馈电连接的微带线(8)以及与所述微带线(8)适配电连接的馈线单元半椭圆形金属片(5)；
接地单元层包括配置形成的接地单元指数渐变槽线、用于接地的金属接地片(10)、与所述金属接地片(10)适配电连接的渐变巴伦(9)以及与所述渐变巴伦(9)适配连接的接地单元半椭圆形金属片(13)；
馈线单元半椭圆形金属片(5)与接地单元半椭圆形金属片(13)关于微带线(8)旋转对称，且馈线单元指数渐变槽线与接地单元指数渐变槽线关于微带线(8)旋转对称。
2.根据权利要求1所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：还包括用于延长天线在低频电尺寸的馈线单元梳状结构以及接地单元梳状结构，其中，
馈线单元梳状结构设置于馈线单元半椭圆形金属片(5)，接地单元梳状结构设置于接地单元半椭圆形金属片(13)，且馈线单元梳状结构与接地单元梳状结构关于微带线(8)旋转对称。
3.根据权利要求2所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述馈线单元梳状结构包括若干贯通馈线单元半椭圆形金属片(5)的馈线单元金属片槽(4)，其中，
馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽(4)在馈线单元半椭圆形金属片(5)内沿微带线(8)的长度方向依次排布，馈线单元金属片槽(4)间相互平行；
馈线单元金属片槽(4)的开口位于馈线单元半椭圆形金属片(5)所在椭圆形长轴端点的外缘，所有馈线单元金属片槽(4)的槽底在馈线单元半椭圆形金属片(5)内平齐。
4.根据权利要求3所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述接地单元梳状结构包括若干贯通接地单元半椭圆形金属片(13)的接地单元金属片槽(14)，其中，
接地单元梳状结构内接地单元金属片槽(14)的数量与馈线单元梳状结构馈线单元金属片槽(4)的数量相一致，且接地单元梳状结构内的接地单元金属片槽(14)与馈线单元梳状结构内的馈线单元金属片槽(4)关于微带线(8)旋转对称。
5.根据权利要求1至4任一项所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述馈线单元指数渐变槽线包括馈线单元内指数渐变槽线(7)以及馈线单元外指数渐变槽线(6)，其中，
馈线单元外指数渐变槽线(6)与馈线单元半椭圆形金属片(5)所在椭圆形的短轴外缘对应，馈线单元内指数渐变槽线(7)位于馈线单元半椭圆形金属片(5)下部，馈线单元半椭圆形金属片(5)通过馈线单元外指数渐变槽线(6)以及馈线单元内指数渐变槽线(7)与微带线(8)适配电连接。
6.根据权利要求5所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：还包括与微带线(8)配合形成阶梯式馈线的微带线连接体(12)，其中，
微带线(8)通过微带线连接体(12)与馈线单元外指数渐变槽线(6)以及馈线单元内指数渐变槽线(7)适配连接，沿垂直于微带线(8)轴线方向上，微带线(8)的宽度大于微带线连接体(12)的宽度。
7.根据权利要求5所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述接地单元指数渐变槽线包括接地单元内指数渐变槽线(16)以及接地单元外指数渐变槽线(15)，其中，
接地单元外指数渐变槽线(15)与馈线单元外指数渐变槽线(6)关于微带线(8)旋转对称，接地单元内指数渐变槽线(16)与馈线单元内指数渐变槽线(7)关于微带线(8)旋转对称。
8.根据权利要求1至4任一项所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：还包括用于改善低频辐射特性并使得天线最大辐射方向沿微带线(8)长度方向辐射的辐射特性改善单元；
所述辐射特性改善单元包括设置于介质基板(2)第一主面上的第一主面金属栅栏(11)以及设置于介质基板(2)第二主面上的第二主面金属栅栏(17)，其中，
第一主面金属栅栏(11)在介质基板(2)的第一主面与馈线单元半椭圆形金属片(5)正对应，第一主面金属栅栏(11)位于馈线单元半椭圆形金属片(5)与微带线(8)之间，且第一主面金属栅栏(11)与第二主面金属栅栏(17)关于微带线(8)旋转对称。
9.根据权利要求8所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述第一主面金属栅栏(11)包括若干金属栅栏条，其中，
第一主面金属栅栏(11)内的金属栅栏条相互平行，且金属栅栏条的长度方向与微带线(8)的长度方向垂直。
10.根据权利要求1至4任一项所述超宽带对拓梳状开槽型Vivaldi天线，其特征是：所述金属接地片(10)呈矩形。
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