CN220492203U - Vivaldi天线及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例提供了一种Vivaldi天线及通信设备，涉及天线技术领域。该Vivaldi天线包括辐射贴片、介质基板及微带馈线，辐射贴片设置在介质基板的一侧，微带馈线设置在介质基板的另一侧；辐射贴片上设置有槽线渐变且开口的天线槽；微带馈线包括第一馈电部及第二馈电部，第二馈电部与第一馈电部的第一端的侧面垂直连接以构成L形，第二馈电部朝向第一馈电部的第二端的一侧呈倒置阶梯状。如此，可拓宽天线的工作带宽，并且整体结构简单、便于加工。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种Vivaldi天线及通信设备。
背景技术
宽带天线可用于雷达成像系统、医疗系统、监视系统、通信系统等各方面。但是在实际的工程应用等领域中，传统设计方法下的天线参数指标很可能无法达到系统应用要求的水准。这时就非常有必要对传统的天线进行改进，从而使得天线的一些性能指标得到改善。
指数型槽线天线即Vivaldi天线，具有较理想的工作带宽，该天线是一种端射行波天线，电磁波沿着开口槽线传输。Vivaldi天线能够实现更宽的阻抗带宽，更好的端射辐射方向图，与其他类型的槽天线相比旁瓣电平更低。目前一般会对传统的Vivaldi天线进行改进，以拓宽工作带宽。然而，目前的Vivaldi天线用于拓宽工作带宽的改进方式过于复杂，导致加工难度高，在实际制作的时候难以实现。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种Vivaldi天线及通信设备，其能够拓宽天线的工作带宽，并且整体结构简单、便于加工。
本申请的实施例可以这样实现：
第一方面，本实用新型提供一种Vivaldi天线，所述Vivaldi天线包括辐射贴片、介质基板及微带馈线，
所述辐射贴片设置在所述介质基板的一侧，所述微带馈线设置在所述介质基板的另一侧；
所述辐射贴片上设置有槽线渐变且开口的天线槽；
所述微带馈线包括第一馈电部及第二馈电部，所述第二馈电部与所述第一馈电部的第一端的侧面垂直连接以构成L形，其中，所述第二馈电部朝向所述第一馈电部的第二端的一侧呈倒置阶梯状。
在可选的实施方式中，所述第二馈电部包括3个长条形的第二子馈电部，
3个所述第二子馈电部平行设置，且与所述第一馈电部的长度方向平行，3个所述第二子馈电部随着靠近所述第一馈电部长度变短。
在可选的实施方式中，所述辐射贴片上还设置有两个开口槽，
两个所述开口槽关于所述天线槽的对称轴对称设置；
所述开口槽在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽的开口变小。
在可选的实施方式中，所述开口槽为阶梯槽，所述阶梯槽在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽的开口变小。
在可选的实施方式中，所述开口槽包括3个矩形开口槽，3个所述矩形开口槽沿所述对称轴平行设置、且在所述目标方向上的尺寸随着靠近所述开口变小。
在可选的实施方式中，所述天线槽包括渐变指数型槽及延长槽，所述延长槽与所述渐变指数型槽远离所述天线槽的开口的一端连通。
在可选的实施方式中，所述延长槽为矩形槽。
在可选的实施方式中，所述开口槽远离所述开口的目标槽线与所述开口的第一距离小于或等于目标连接处与所述开口的第二距离，且所述第二距离减去所述第一距离得到的第一结果值小于第一预设值，其中，所述目标连接处为所述渐变指数型槽与所述延长槽的连接处。
在可选的实施方式中，所述开口槽远离所述开口的目标槽线与所述开口的第一距离大于或等于目标连接处与所述开口的第二距离，且所述第一距离减去所述第二距离得到的第二结果值小于第二预设值，其中，所述目标连接处为所述渐变指数型槽与所述延长槽的连接处。
第二方面，本实用新型提供一种通信设备，所述通信设备包括前述实施方式中任意一项所述的Vivaldi天线。
本申请实施例提供的Vivaldi天线及通信设备，该Vivaldi天线包括辐射贴片、介质基板及微带馈线，所述辐射贴片设置在所述介质基板的一侧，所述微带馈线设置在所述介质基板的另一侧；所述辐射贴片上设置有槽线渐变且开口的天线槽；所述微带馈线包括第一馈电部及第二馈电部，所述第二馈电部与所述第一馈电部的第一端的侧面垂直连接以构成L形，其中，所述第二馈电部朝向所述第一馈电部的第二端的一侧呈倒置阶梯状。如此，利用结构简单的阶梯渐变微带馈线对天线进行馈电，可增加阻抗匹配方位，从而拓宽工作带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的Vivaldi天线的结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的Vivaldi天线的结构示意图之二；
图3为本申请实施例提供的Vivaldi天线的结构示意图之三；
图4为渐变指数型槽的设计原理示意图；
图5为四种天线的回波损耗仿真结果对比图；
图6为本申请实施例提供的Vivaldi天线在15GHz对应辐射特性EH面辐射方向图。
图标：100-Vivaldi天线；110-辐射贴片；113-天线槽；1131-开口；1133-渐变指数型槽；1137-目标连接处；1135-延长槽；115-开口槽；1151-矩形开口槽；1153-目标槽线；120-介质基板；130-微带馈线；131-第一馈电部；1311-第一端；1312-第二端；132-第二馈电部；1321-第二子馈电部。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1～图3，图1为本申请实施例提供的Vivaldi天线100的结构示意图之一，图2为本申请实施例提供的Vivaldi天线100的结构示意图之二，图3为本申请实施例提供的Vivaldi天线100的结构示意图之三。在本实施例中，所述Vivaldi天线100可以包括辐射贴片110、介质基板120及微带馈线130。
所述辐射贴片110设置在所述介质基板120的一侧，所述微带馈线130设置在所述介质基板120的另一侧。所述辐射贴片110上设置有槽线渐变且开口的天线槽113，该天线槽113的具体结构可以结合实际需求设置，在此不进行具体限定。所述微带馈线130包括第一馈电部131及第二馈电部132，所述第一馈电部131为长条状，所述第一馈电部131包括第一端1311及第二端1312。所述第二馈电部132与所述第一端1311的侧面垂直连接以构成L形。也即，所述第二馈电部132为L形的其中一个长条结构，所述第一馈电部131为L形的另一个长条结构。并且，所述第二馈电部132朝向所述第二端1312的一侧呈倒置阶梯状。
在本实施例中，通过利用阶梯状微带馈线代替常规的矩形微带线，可以使天线在目标工作频率范围内具有更平坦的频率响应；并且，可以减小由于馈电结构导致的辐射功率损耗，降低回波系数，提高辐射效率；还可以改变天线的输入阻抗特性，使得天线能够实现更好的阻抗匹配，即增加阻抗匹配范围，从而拓宽工作带宽。
可选地，在本实施例中，所述第二馈电部132的具体结构可以结合实际需求设置，只要保证为呈倒置阶梯状即可。作为一种可能的实现方式，所述第二馈电部132为三段倒置阶梯型结构，在该实现方式中，所述第二馈电部132包括3个长条形的第二子馈电部1321，3个所述第二子馈电部1321平行设置，且与所述第一馈电部131的长度方向平行，3个所述第二子馈电部1321随着靠近所述第一馈电部131长度变短。
如图1及图2所示，所述第二馈电部132包括为矩形的第二子馈电部1321a、第二子馈电部1321b、第二子馈电部1321c。第二子馈电部1321a、第二子馈电部1321b、第二子馈电部1321c依次平行设置，且其长度方向与所述第一馈电部131的长度方向平行。其中，第二子馈电部1321a与所述第一馈电部131之间的距离大于第二子馈电部1321c与所述第一馈电部131之间的距离，所述第二子馈电部1321a在所述第一馈电部131的长度方向上的长度L1大于所述第二子馈电部1321b在所述第一馈电部131的长度方向上的长度L2，所述第二子馈电部1321b在所述第一馈电部131的长度方向上的长度L2大于所述第二子馈电部1321c在所述第一馈电部131的长度方向上的长度L3。如此，第二子馈电部1321a、第二子馈电部1321b、第二子馈电部1321c则构成了呈倒置阶梯状的第二馈电部132。
作为一种可能的实现方式，所述第一馈电部131的第二端1312朝向所述介质基板120的长边，具体设置及朝向可以结合实际需求设置。
在本实施例中，如图1及图3所示，所述天线槽113可以包括渐变指数型槽1133及延长槽1135，所述延长槽1135与所述渐变指数型槽1133远离所述天线槽113的开口1131的一端连通。如此，可利用延长槽1135拓宽工作带宽。
其中，如图4所示，渐变指数型槽1133由两个点P1、P2定义，P1、是指数锥度的起点，P2是指数锥度的终点，设计方程按照下列公式确定：
x＝C1epy+C2
其中，p表示指数槽的比率。天线终端开口边缘宽度W有以下公式确定：
其中，c表示光或电磁波在真空中的传播速度，一般取3*10^8m/s；εe表示有效介电常数；fc表示最低的工作频率。
可选地，所述延长槽1135为矩形槽，如此可利用矩形槽改变电流流向，消除电荷在天线末端的累积，引入更多的谐振点，并拓宽工作带宽。或者，所述延长槽1135远离所述渐变指数型槽1133的一端(即靠近介质基板120底部的一端)为圆形槽，其余部分为矩形槽。
在本实施例中，如图1及图3所示，所述辐射贴片110上还设置有两个开口槽115。两个所述开口槽115关于所述天线槽113的对称轴对称设置，并且，所述开口槽115在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽113的开口1131变小。如此，可利用开口槽115拓宽天线的工作带宽，并且该开口槽115结构简单、加工容易、可行性高。
在本实施例中，所述开口槽115的具体样式可以结合实际需求设置，比如，为弧形等。作为一种可能的实现方式，所述开口槽115为阶梯槽，所述阶梯槽在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽113的开口1131变小。
作为一种可能的实现方式，所述开口槽115包括3个矩形开口槽1151，3个所述矩形开口槽1151沿所述对称轴平行设置、且在所述目标方向上的尺寸随着靠近所述开口1131变小。如此，在辐射贴片110上进行三段阶梯矩形开槽，可使天线能更好地实现阻抗匹配，对其工作带宽有一定的延展作用。
如图1及图3所示，所述开口槽115包括矩形开口槽1151a、矩形开口槽1151b、矩形开口槽1151c。矩形开口槽1151a、矩形开口槽1151b、矩形开口槽1151c沿着所述天线槽113的对称轴依次平行设置。其中，所述矩形开口槽1151a与所述开口1131之间的距离大于所述矩形开口槽1151b与所述开口1131之间的距离，所述矩形开口槽1151b与所述开口1131之间的距离大于矩形开口槽1151c与所述开口1131之间的距离。所述矩形开口槽1151a在所述目标方向上的尺寸为La，所述矩形开口槽1151b在所述目标方向上的尺寸为Lb，所述矩形开口槽1151c在所述目标方向上的尺寸为Lc，La＞Lb＞Lc。如此，矩形开口槽1151a、矩形开口槽1151b、矩形开口槽1151c构成了三段阶梯矩形开槽。
在本实施例中，所述开口槽115的远离所述开口1131的槽线为目标槽线1153，所述渐变指数型槽1133与所述延长槽1135的连接处为目标连接处1137。所述目标槽线1153与所述开口1131的距离为第一距离，所述目标连接处1135与所述开口1131的距离为第二距离，可以理解的是，上述距离是在介质基板120长度方向上的距离。
可选地，第一距离小于或等于第二距离，且所述第二距离减去所述第一距离得到的第一结果值小于第一预设值。或者，第一距离大于或等于第二距离，且所述第一距离减去所述第二距离得到的第二结果值小于第二预设值。所述第一预设值及第二预设值可以相同，也可以不同，所述第一预设值及第二预设值的具体值可以结合实际需求设置。
在本实施例中，通过在渐变指数型Vivaldi天线表面的辐射贴片进行阶梯开槽，拓宽了其在低频下的工作频段。在此基础上结合阶梯馈电的形式，很大程度地提升了天线在高频下的工作带宽。采用上述阶梯开槽结构和加载阶梯馈电网络的渐变指数型Vivaldi天线，拓宽了天线的工作带宽，整体结构简单，便于加工。
可选地，作为一种可能的实现方式，所述介质基板120的长度、宽度和高度分别为10.04mm、16mm、0.254mm。所述开口槽115包括矩形开口槽1151a、矩形开口槽1151b、矩形开口槽1151c，矩形开口槽1151a面积为6mm2，矩形开口槽1151b的面积为1.98mm2，矩形开口槽1151c的面积1mm2。所述天线槽113包括渐变指数型槽1133及延长槽1135，渐变指数型槽1133的面积为38.1mm2；延长槽1135为矩形槽，延长槽1135的尺寸为5mm*0.5mm，面积2.5mm2。辐射贴片110的面积为102.04mm2。所述微带馈线130包括第一馈电部131及第二馈电部132，所述第二馈电部132包括长条形的第二子馈电部1321a、第二子馈电部1321b、第二子馈电部1321c；第一馈电部131的面积为4.69mm2；第二子馈电部1321a的面积为0.85mm2，第二子馈电部1321b的面积为0.69mm2，第二子馈电部1321c的面积为0.42mm2。
在本实施例中，对上述尺寸的Vivaldi天线100进行回波仿真，以及对未修改馈电结构且未设置开口槽的Vivaldi天线、进行阶梯开槽但未修改馈电结构的Vivaldi天线、进行阶梯馈电但未设置开口槽的Vivaldi天线分别进行回波仿真，可得到图5所示的四种天线的回波损耗S11仿真结果对比图。由图5可知，采用阶梯馈电结构及开口槽的Vivaldi天线100在9.79-20.27GHz内的回波损耗S11小于-10dB，相对带宽达到68.36％，相比初始状态下相对带宽的39.93％提高了28.43％。
由此可知，本申请实施例通过将简单的渐变指数型Vivaldi天线作为基础，通过对天线辐射贴片进行阶梯开槽，以及结合结构简单的阶梯渐变状微带馈线对天线进行馈电，相对于未开槽且不修改馈电结构的天线，相对带宽拓宽了28.43％。本申请实施例提供的Vivaldi天线100可满足9.79GHz-20.27GHz范围内的超宽带要求。
请参照图6，图6为本申请实施例提供的Vivaldi天线100在15GHz对应辐射特性EH面辐射方向图。其中，图6中的实线所示为E面辐射方向图，虚线所示为H面辐射方向图，从图6中可以看出，该Vivaldi天线100具有基本对称的E面和H面方向图。
在本实施例中，通过同时设置开口槽115及渐变指数型槽1133，利用两者的共同作用提高Vivaldi天线100的工作带宽；并且，还通过在馈电部分加入阶梯微带结构，也可有效拓展天线整体的工作带宽；同时，还通过在辐射贴片110上进行矩形开槽，拓宽了低频率的工作带宽。
本申请实施例还提供一种通信终端，该通信终端可以包括上述的Vivaldi天线100。所述通信终端可以是手机或其他类型的终端。
综上所述，本申请实施例提供一种Vivaldi天线及通信设备，该Vivaldi天线包括辐射贴片、介质基板及微带馈线，所述辐射贴片设置在所述介质基板的一侧，所述微带馈线设置在所述介质基板的另一侧；所述辐射贴片上设置有槽线渐变且开口的天线槽；所述微带馈线包括第一馈电部及第二馈电部，所述第二馈电部与所述第一馈电部的第一端的侧面垂直连接以构成L形，其中，所述第二馈电部朝向所述第一馈电部的第二端的一侧呈倒置阶梯状。如此，利用结构简单的阶梯渐变微带馈线对天线进行馈电，可增加阻抗匹配方位，从而拓宽工作带宽。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Vivaldi天线，其特征在于，所述Vivaldi天线包括辐射贴片、介质基板及微带馈线，
所述辐射贴片设置在所述介质基板的一侧，所述微带馈线设置在所述介质基板的另一侧；
所述辐射贴片上设置有槽线渐变且开口的天线槽；
所述微带馈线包括第一馈电部及第二馈电部，所述第二馈电部与所述第一馈电部的第一端的侧面垂直连接以构成L形，其中，所述第二馈电部朝向所述第一馈电部的第二端的一侧呈倒置阶梯状。
2.根据权利要求1所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述第二馈电部包括3个长条形的第二子馈电部，
3个所述第二子馈电部平行设置，且与所述第一馈电部的长度方向平行，3个所述第二子馈电部随着靠近所述第一馈电部长度变短。
3.根据权利要求1所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述辐射贴片上还设置有两个开口槽，
两个所述开口槽关于所述天线槽的对称轴对称设置；
所述开口槽在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽的开口变小。
4.根据权利要求3所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述开口槽为阶梯槽，所述阶梯槽在与所述对称轴垂直的目标方向上的尺寸随着靠近所述天线槽的开口变小。
5.根据权利要求4所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述开口槽包括3个矩形开口槽，3个所述矩形开口槽沿所述对称轴平行设置、且在所述目标方向上的尺寸随着靠近所述开口变小。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述天线槽包括渐变指数型槽及延长槽，所述延长槽与所述渐变指数型槽远离所述天线槽的开口的一端连通。
7.根据权利要求6所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述延长槽为矩形槽。
8.根据权利要求6所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述开口槽远离所述开口的目标槽线与所述开口的第一距离小于或等于目标连接处与所述开口的第二距离，且所述第二距离减去所述第一距离得到的第一结果值小于第一预设值，其中，所述目标连接处为所述渐变指数型槽与所述延长槽的连接处。
9.根据权利要求6所述的Vivaldi天线，其特征在于，所述开口槽远离所述开口的目标槽线与所述开口的第一距离大于或等于目标连接处与所述开口的第二距离，且所述第一距离减去所述第二距离得到的第二结果值小于第二预设值，其中，所述目标连接处为所述渐变指数型槽与所述延长槽的连接处。
10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括权利要求1-9中任意一项所述的Vivaldi天线。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |