CN207559062U - 一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，由上、下两层介质基板，上、下两层金属辐射面与微带‑带状线转换馈线组成；所述介质基板设计为上、下两层相同尺寸的阶梯形状；所述上层金属辐射面设计在上层介质基板上表面；所述下层金属辐射面设计在下层介质基板下表面；所述微带‑带状线转换馈线设计在下层介质基板上表面，并粘合、压制于上层介质基板下表面；所述金属辐射面设有W形指数线渐变槽，所述W形指数线渐变槽尖端设有圆形谐振腔，金属辐射面W形指数线渐变槽顶端开口延伸至阶梯介质基板边缘；采用上述技术方案的双面Vivaldi天线具备超宽带工作频带、宽波束宽度，并显著改善天线在工作频带内增益平坦度。

Description

一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线

技术领域

本实用新型涉及一种天线，利用双面金属辐射面，与微带-带状线转换馈线层压成双面Vivaldi天线形式，并设计W形双指数线渐变槽结构，其是一种超宽带双面Vivaldi天线。

背景技术

传统单辐射面Vivaldi天线具有较宽的工作宽带，较高增益、较好的时域特性等。作为阵列单元使用时，也具有较为稳定的扫描特性，因而成为非常有发展前景的超宽带天线。传统单辐射面Vivaldi天线主要应用场合：有源相控阵天线、阵列天线、宽带宽角度辐射及接收等。然而，传统单辐射面Vivaldi天线在工作频带内增益起伏大、方向图畸变严重的现象，对于宽频带阵列天线、宽频带宽角度扫描阵列而言显然是不够的。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其可具备超宽的阻抗带宽，同时在工作频带内具有稳定的辐射方向图，并能使得天线增益在频带内的平坦度得到显著改善。

为解决上述技术问题，本实用新型涉及一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，由上、下两层介质基板，上、下两层金属辐射贴片与微带-带状线转换馈线组成；所述介质基板设计为上、下两层相同尺寸；所述上层金属辐射贴片设计在上层介质基板上表面；所述下层金属辐射贴片设计在下层介质基板下表面；所述微带-带状线转换馈线设计在下层介质基板上表面，并粘合、压制于上层介质基板下表面；所述金属辐射面设有W形指数线渐变槽，所述W形指数线渐变槽尖端设有圆形谐振腔，金属辐射贴片W形指数线渐变槽顶端开口延伸至上、下两层介质基板的阶梯边缘。

作为本实用新型的一种改进，所述相同尺寸的介质基板可延伸成两端阶梯形状（指介质基板一侧的两端，一侧即为阶梯侧），用以改善天线在高频段辐射方向图。

作为本实用新型的另一种改进，所述W形指数线渐变槽与圆形谐振腔交汇处的耦合缝隙宽度为0.3～0.6mm之间。

所述上、下层介质基板的阶梯形状相互匹配。所述W形指数线渐变槽结构和金属辐射贴片构成金属辐射面。所述上、下两层金属辐射贴片印制于介质基片上下表面。

所述微带-带状线转换馈线印制于下层介质基板上表面，并粘合、压制于上层介质基板下表面。

所述W形指数线渐变槽的两条指数线设为不同的曲率。上层介质基板和下层介质基板具有相同的电参数。

相比于现有技术，本实用新型具有如下优点：

1)双面Vivaldi天线采用带状线耦合馈电方式，能够在组阵时减弱单元间互耦带来的电流紊乱不利影响；为进一步简化馈电结构，设计微带-带状线转换，更加贴合工程实际；

2)双面辐射也能够将谐振圆腔结构处的能量最大幅度沿双面金属面辐射出去，从而展宽天线阻抗带宽，使得典型电压驻波比小于2.0；

3)阶梯变换介质基板结构使天线在辐射电波时，能够减弱电波由介质基板辐射至空气时，因介电常数变化导致的相速不匹配，减弱能量的反射，增强天线辐射性能，从而进一步展宽天线的阻抗匹配带宽；

4)W形指数线渐变槽能够在天线E面产生类似平面波的电场，使得天线在工作频段辐射介质基板电场分布更加均匀、集中，天线方向图更加稳定，电流沿双面W型指数线形渐变曲线边沿流动而产生较强的辐射，使得天线单元具备超宽的工作频段，其可覆盖0.8~18GHz，并使天线增益得到提高，尤其是在高频段，效果更为显著；

5)采用上述技术方案的双面Vivaldi天线，具有超宽带、小尺寸、低驻波比的特点，同时其制造成本低，并且易于集成。

附图说明

图1为本实用新型中天线上表面示意图；

图2为本实用新型中天线上层介质板与下层介质板层压分解示意图；

图3为本实用新型中天线下表面示意图；

附图标记列表：

1—上层介质基板、2—下层介质基板、3—上层金属辐射贴片、4—下层金属辐射贴片、5—微带-带状线转换馈线、6—W形指数线渐变槽、7—圆形谐振腔、8—金属夹板a、9—金属夹板b、10—金属背板、11—SMA射频连接器、12—矩形槽、13—耦合缝隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的应用范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“上”和“下”指的是附图中的垂直于纸面的方向。

如图1与图2所示的一种0.8~18GHz双面Vivaldi天线，由上层介质基板1和下层介质基板2、上层金属辐射贴片3、下层金属辐射贴片4与微带-带状线转换馈线5组成，其中微带线5a与带状线5b为直连方式印制于下层介质基板2上表面，在上层介质基板1的非阶梯侧切割一矩形槽12,上层介质基板1与下层介质基板2粘合、压制成型将馈线5通过矩形槽12露出，微带线5a与SMA连接器11内芯焊接；所述上层介质基板1、下层介质基板2有相同的电参数、结构尺寸且均含有上表面与下表面；所述上层金属辐射贴片3与下层金属辐射贴片4分别印制于上层介质基板1的上表面和下层介质基板2的下表面；所述微带-带状线转换馈线5印制于下层介质基板2的上表面且靠近下层介质基板2的非阶梯侧（即图2下端），并与上层介质基板1下表面粘合、压制成型。所述金属压板a8、金属压板b9与金属背板10将所述天线安装、并固定（所述金属压板a8、金属压板b9位于上层介质基板1的上表面的非阶梯侧，金属背板10位于下层介质基板2的下表面的非阶梯侧，利用M2.5螺钉穿过所述金属压板a8、金属压板b9及上、下层介质基板与金属背板10固定）；为结合工程实际，所述天线用SMA射频连接器11内芯与微带-带状线转换馈线5位于基板边缘的表面直接焊接。所述上、下层介质基板的阶梯形状相互匹配。

所述上层金属辐射贴片3、下层金属辐射贴片4的端部（在图中，指左右两侧）分别蚀刻出W形指数线渐变槽6， W形指数线渐变槽6交汇处（即W形底部的两个尖端处）设有圆形谐振腔7。

所述上层介质基板1和下层介质基板2设计为相同电参数、相同结构尺寸，阶梯变换介质基板结构使天线在辐射电波时，能够减弱电波由介质基板辐射至空气时，因介电常数变化导致的相速不匹配，减弱能量的反射，增强天线辐射性能，从而进一步展宽天线的阻抗匹配带宽。

所述W形指数线渐变槽6由6a、6b、6c和6d四条指数线构成,根据所述天线设计频率及介质基板电参数不同而设为不同的曲率，其中6a、6b与6c、6d指数线是分别关于天线几何中心的对称结构。指数线渐变槽能够在天线E面产生类似平面波的电场，使得天线在工作频段辐射介质基板电场分布更加均匀、集中，天线方向图更加稳定，电流沿双面W型指数线形渐变曲线边沿流动而产生较强的辐射，使得天线单元具备超宽的工作频段，其可覆盖0.8~18GHz，并使天线增益得到提高，尤其是在高频段，效果更为显著。

作为本实用新型的另一种改进，所述W形指数线渐变槽6与圆形谐振腔7交汇处的耦合缝隙13宽度为0.3～0.6mm之间。

采用上述技术方案的双面Vivaldi天线，具有超宽带、小尺寸、低驻波比的特点，同时其制造成本低，并且易于集成。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，由上、下层介质基板，上、下层金属辐射贴片与微带-带状线转换馈线组成，其特征在于，所述上层金属辐射贴片位于上层介质基板上表面；所述下层金属辐射贴片位于下层介质基板下表面；所述微带-带状线馈线位于下层介质基板上表面，并粘合于上层介质基板下表面；所述上、下层金属辐射贴片设有W形指数线渐变槽，所述W形指数线渐变槽尖端设有圆形谐振腔， W形指数线渐变槽顶端开口延伸至上、下层介质基板边缘。

2.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于：所述上、下层介质基板的阶梯形状相互匹配。

3.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于：所述W形指数线渐变槽结构和上、下层金属辐射贴片构成金属辐射面。

4.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于：上、下层介质基板为相同尺寸的阶梯形状。

5.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于，所述微带-带状线转换馈线印制于下层介质基板上表面，并粘合、压制于上层介质基板下表面。

6.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于，所述W形指数线渐变槽的两条指数线设为不同的曲率，所述W形指数线渐变槽与圆形谐振腔交汇处的耦合缝隙宽度为0.3～0.6mm之间。

7.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于，上层介质基板和下层介质基板具有相同的电参数。

8.根据权利要求1所述的0.8~18GHz超宽带双面Vivaldi天线，其特征在于，上、下层介质基板的一侧两端为阶梯形。