CN217114809U - 一种超宽双极化Vivaldi天线和通信设备 - Google Patents
一种超宽双极化Vivaldi天线和通信设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种超宽双极化Vivaldi天线，其特征在于，包括：天线第一单元和天线第二单元；所述天线第一单元和所述天线第二单元开槽垂直交叉放置，所述天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻。本实用新型通过在第一天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻，小型化加载电阻可以吸收多余的反射电流，可以有效的将截止频率向更低频拓展，改善低频的匹配情况，从而实现天线的小型化。
Description
技术领域
本实用新型设计无线通信技术领域，尤其涉及一种超宽双极化Vivaldi天线和通信设备。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，各种通讯设施不断演变，更宽的带宽更大的系统容量和更高速的传输速率成为当前通信设备的需要。在这种需求的推动下，为了有效提高通信速率增大通信容量，超宽带通信越来越突显其优势并逐渐成为研究的热点。自从Vivaldi天线被提出以来，因为其易实现超宽频带、具有对称的方向图形状以及增益较高等特点，被广泛地应用到了超宽带通信系统中。同时由于Vivaldi天线结构简单且具有对称性，并且将天线单元交叉放置后，便可以实现双极化且具有较高的隔离度。因此超宽带双极化Vivaldi天线的研究有着很重大的意义。
然而，Vivaldi天线由于天线本身的结构存在着缺陷，天线槽线长度需要大于λ，槽开口宽度则不小于 λ/2（λ为最低工作频率对应的自由空间波长），这样导致Vivaldi天线在超宽带应用中尺寸势必偏大，限制了 Vivaldi 天线的性能。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线，以实现天线的小型化。
本实用新型提供的一种超宽双极化Vivaldi天线，包括：
天线第一单元和天线第二单元；
所述天线第一单元和所述天线第二单元开槽垂直交叉放置，所述天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻。
可选的，所述天线第一单元和所述天线第二单元分别设置有介质基板，所述介质基板上设置有天线的谐振腔、弧形槽缝、巴伦结构。
可选的，所述天线第一单元的介质基板和所述天线第二单元的介质基板材料及尺寸相同。
可选的，所述天线第一单元的辐射片被印刷在天线第一单元介质基板的正面和背面；
所述天线第二单元的辐射片和巴伦结构被印刷在天线第二单元介质基板的正面和背面。
可选的，所述天线第一单元和天线第二单元采用巴伦结构为整体天线进行馈电。
可选的，所述天线第一单元和天线第二单元的辐射面上分别对称设置有第一弧形槽和第二弧形槽。
本实用新型还提供一种无线通信设备，所述无线通信设备安装有上述任一项所述的天线。
有益效果：
本实用新型通过在第一天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻，小型化加载电阻可以吸收多余的反射电流，可以有效的将截止频率向更低频拓展，改善低频的匹配情况，从而实现天线的小型化。
本实用新型中的天线为工作在0.4-8GHz的超宽带双极化Vivaldi天线，此天线不仅满足超宽带的阻抗带宽，而且还拥有Vivaldi天线方向图对称及定向性强的特性。在整个天线工作频段的范围内，天线的驻波匹配状况良好，驻波比均小于2，并且两个天线间端口的隔离度保持着较高的水平。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的天线其中一单元的上层辐射层的示意图；
图3是本实用新型实施例提供的天线其中一单元的下层巴伦结构的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的天线端口1与天线端口2的天线驻波比仿真结果示意图；
图5是本实用新型实施例提供的天线端口1与天线端口2之间隔离度仿真结果示意图；
图6是本实用新型实施例提供的天线增益仿真结果示意图；
图7是本实用新型实施例提供的天线在YOZ(E面)平面上不同频率处的主极化和交叉极化方向图；
图8是本实用新型实施例提供的天线在XOZ(H面)平面上不同频率处的主极化和交叉极化方向图；
图9是本实用新型实施例提供的另一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图；
图10是本实用新型实施例提供的又一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图；
图11是本实用新型实施例提供的又一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图。
图中：1、天线第一单元；2、天线第二单元；3、微巴伦结构；4、谐振腔；5、 小型化加载电阻；6、小型化加载电阻；7、小型化加载电阻；8、小型化加载电阻；9、弧形槽缝。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1-3，本实用新型实施例提供的一种超宽带小型双极化Vivaldi天线包括：天线第一单元1和天线第二单元2，天线第一单元1与天线第二单元2开槽垂直交叉放置，以实现双极化。所述天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻5、6、7和8。上述小型化加载电阻可吸收多余的反射电流，可以有效的将截止频率向更低频拓展，改善低频的匹配情况，实现天线小型化。所述天线第一单元的介质基板和所述天线第二单元的介质基板材料及尺寸相同。
进一步的，天线第一单元和天线第二单元分别设置有介质基板，介质基板上设置有天线的谐振腔4、弧形槽缝9、巴伦结构3等。本实用新型实施例提供的超宽带双极化Vivaldi天线整体尺寸为120mm×128mm，选用的介质板是介电常数为3.66，厚度为0.96mm的Rogers RO4350。
继续参见图2，在天线辐射面的左右俩侧对称的加载的第一弧形槽缝91、第二弧形槽缝92，第一弧形槽缝、第二弧形槽缝设置在辐射面上，可以延长电流路径可以提高天线的带宽，并且可以弥补方向图凹陷的问题。
如图3所示，本实用新型实施例中天线第一单元和天线第二单元的巴伦结构3与谐振腔4。由于槽线是平衡结构，而微带线是不平衡结构，因此需要巴伦将槽线的平衡结构转化为微带线的不平衡结构。微带线和槽线分别交叉放置在介质基板的上下两侧，从耦合交叉点处再延长对应微带线的四分之一波导波长和槽线的四分之一波导波长的枝节，这样可以构成巴伦结构，通过将微带线下端延长的枝节部分改成扇形短截线结构，从而使微带线在更宽的频段内保持开路状态。将槽线下端延长的枝节部分改成圆形谐振腔结构4，可以进一步展宽巴伦的带宽，提高天线的带宽。
图4为本实用新型实施例提供的天线端口1与端口2的天线驻波比仿真结果示意图。由图4可得，在整个工作频段内天线驻波比一直低于2，匹配情况较好。
图5为本实用新型施例中天线端口1与天线端口2之间隔离度仿真结果示意图。在整个频段内隔离度整体高于30dB，在个别频点隔离度可以达到70dB。
图 6为本实用新型实施例提供的天线增益仿真结果示意图。当端口1馈电时，小型化双极化超宽带 Vivaldi 天线在整个频段0.4~8.0GHz 范围内，仿真增益范围基本维持在5dB左右，该天线的增益比较稳定。
如图 7所示，本实用新型实施例提供的天线在YOZ(E面)平面上不同频率处的主极化和交叉极化方向图。当端口1馈电时，小型化双极化超宽带 Vivaldi 天线方向图具有良好的辐射性能，在各频点都有比较稳定的方向图形状。且在整个频段内，E面3dB 波束宽度≥50°，且最大辐射方向主极化与交叉极化差值大于15dB。
如图 8所示，本实用新型实施例提供的天线在XOZ(H面)平面上不同频率处的主极化和交叉极化方向图。当端口1馈电时，小型化双极化超宽带 Vivaldi 天线方向图具有良好的辐射性能，在各频点都有比较稳定的方向图形状。且在整个频段内，H面3dB波束宽度≥50°，且最大辐射方向主极化与交叉极化差值大于15dB。
如图 9所示，图9是本实用新型实施例提供的另一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图。
如图 10所示，图10是本实用新型实施例提供的又一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图。如图 11所示，图11是本实用新型实施例提供的又一加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线结构示意图。
图9-图11分别给出了辐射片槽的形状的不同设置方式，以及辐射片间小型化加载电阻和不同设置位置和数量。
本实用新型所设计的一种加载电阻式超宽带小型双极化Vivaldi天线在相对电尺寸仅为0.16λ × 0.17λ（λ为最低工作频率对应的自由空间波长）条件下，实现了20倍频（0.4~8GHz）的阻抗带宽，在更小的相对电尺寸下实现了更宽的带宽，且端口隔离度较大，波束较宽，增益稳定，同时具有良好的辐射性能。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种超宽双极化Vivaldi天线，其特征在于，包括：
天线第一单元和天线第二单元；
所述天线第一单元和所述天线第二单元开槽垂直交叉放置，所述天线第一单元辐射片之间和所述天线第二单元辐射片之间分别加载若干小型化加载电阻。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线第一单元和所述天线第二单元分别设置有介质基板，所述介质基板上设置有天线的谐振腔、弧形槽缝、巴伦结构。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线第一单元的介质基板和所述天线第二单元的介质基板材料及尺寸相同。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线第一单元的辐射片被印刷在天线第一单元介质基板的正面和背面；
所述天线第二单元的辐射片和巴伦结构被印刷在天线第二单元介质基板的正面和背面。
5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线第一单元和天线第二单元采用巴伦结构为整体天线进行馈电。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线第一单元和天线第二单元的辐射面上分别对称设置有第一弧形槽和第二弧形槽。
7.一种无线通信设备，其特征在于，所述无线通信设备安装有权利要求1～6任意一项所述的天线。
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| CN202220598231.7U CN217114809U (zh) | 2022-03-18 | 2022-03-18 | 一种超宽双极化Vivaldi天线和通信设备 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115313038A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-11-08 | 西安通飞电子科技有限公司 | 一种超宽带小型化天线 |
| CN115513641A (zh) * | 2022-11-22 | 2022-12-23 | 西安通飞电子科技有限公司 | 一种多通道、超宽带、小型化、抗干扰电子对抗设备 |
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2022
- 2022-03-18 CN CN202220598231.7U patent/CN217114809U/zh active Active
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| CN115313038B (zh) * | 2022-10-11 | 2023-02-03 | 西安通飞电子科技有限公司 | 一种超宽带小型化天线 |
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