，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，計算量 小，提高增益的頻帶更寬(能夠在全頻帶范圍內(nèi)顯著提高天線增益）。
[0025] 3、與傳統(tǒng)矩形槽縫波紋邊緣相比，本發(fā)明提出的指數(shù)形槽縫波紋邊緣，模型建立 方便，且能更好地改善天線性能。
【附圖說明】
[0026] 圖Ia為雙開槽Vivaldi天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖化為雙開槽Vivaldi天線的饋電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為天線端口反射系數(shù)的示意圖；
[0029] 圖3為傳統(tǒng)Vivaldi天線在10細Z處槽線口徑電場分布和雙開槽Vivaldi天線在 IOG化處槽線口徑電場分布的示意圖；
[0030]
[0031 ] 圖4a為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線在IOGH處E面福射方向圖示意圖；
[0032] 圖4b為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線在IOCTl處E面福射方向圖的示意 圖；
[0033] 圖5a為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線的主福射方向增益比較的示意圖；
[0034] 圖化為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線的前后比的示意圖，其中，前后比 是指天線前向和后向福射的電場強度比值，體現(xiàn)在用dB表示的增益上為前向福射增益與后 向福射增益的差值；
[0035] 圖5c為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線福射的副瓣電平比較的示意圖；
[0036] 圖5d為傳統(tǒng)Vivaldi天線和雙開槽Vivaldi天線福射的半功率波束寬度比較的示 意圖。
【具體實施方式】
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線包括:介質(zhì)板， 一面具有金屬層作為上表面;雙開槽漸變槽線，設(shè)置在介質(zhì)板的上表面上，呈指數(shù)形漸變的 卿趴狀開口；邊緣波紋，設(shè)置在介質(zhì)板上表面上;饋電單元，設(shè)置在介質(zhì)板下表面上，對漸變 槽線進行饋電。
[0038] 介質(zhì)板的上表面具有金屬層，用于傳導電流;在本實施例中，所述介質(zhì)板為厚度為 1mm，介電常數(shù)為2.65,損耗角正切為0.001的聚四氣乙締玻璃布板;金屬層是粘貼在介質(zhì)板 上的銅薄片，金屬層長度為145mm，寬度為80mm，厚度為0.018mm。
[0039] 雙開槽漸變槽線按照指數(shù)漸變，呈卿趴形開口，其包括上下對稱設(shè)置的四根指數(shù) 漸變線。指數(shù)漸變線的參考坐標系中：x軸與介質(zhì)板長邊平行，正向為漸變槽線開口方向；y 軸與介質(zhì)板窄邊平行，由于天線相對于X軸的對稱性，y軸正向可為介質(zhì)板窄邊所在直線兩 方向中的任意方向；坐標系原點位于窄邊的對稱中屯、與長邊長度的5/24處，長邊的較長一 邊為漸變槽線所在。如圖1所示，構(gòu)成漸變槽線的四根指數(shù)漸變線的參數(shù)方程為：

[0044]其中，g為雙開槽漸變槽線的起始寬度，W為天線的總寬度，L為天線的槽線長度，Ls 為天線中間福射臂的長度，Ws為雙開槽漸變槽線兩個起始點間的距離。
[004引所述波紋邊緣由寬度和間距分別為Wce和Sce的指數(shù)形槽縫構(gòu)成，指數(shù)形槽縫的邊 緣線是利用式(3)、（4)畫出的，X的取值范圍為a-tEe，U，W是指指數(shù)形槽縫沿X軸的縱向 長度。
[0046] 如圖1所示，饋電單元包括:微帶傳輸線、兩個金屬化過孔、兩個圓形槽;其中，所述 微帶傳輸線包括:一個T形功分器和兩段微帶連接線;T形功分器輸入端是寬度為W50長度為 Lf4的微帶線，兩輸出端是寬度為Wioo長度為Lf3的微帶線;微帶線連接處開有倒等腰=角形 槽，=角形底邊寬度為W。，高為1。;兩段微帶連接線為相同的L形微帶線;所述微帶傳輸線位 于介質(zhì)板下表面，用于傳輸電流，微帶傳輸線與介質(zhì)板上表面的金屬層材料相同；金屬化過 孔貫穿介質(zhì)板，用于連接微帶傳輸線和金屬層，將微帶傳輸線上的電流傳導至金屬層上;兩 圓形槽與漸變槽線相連，用于近似開路槽線。
[0047] 漸變槽線和饋電單元的尺寸參數(shù)如表1所示 [004引 表1
[0051] 其中，Ws為兩條槽線間的距離，Lb為天線結(jié)構(gòu)中由槽線起點向天線背向延伸的長 度，私為槽線圓形開路結(jié)構(gòu)的半徑，Lfi和Lf2為連接微帶線的長度，Lf3為T形功分器輸兩出端 微帶線的長度，Lf4為T形功分器輸入端微帶線的長度，W50和Wioo分別是特性阻抗為50 Q和 100 Q為帶線的寬度，W。和1。分別為T形功分器上等腰=角形縫隙的底邊寬度與高度。
[0052] 雙開槽Vivaldi天線的性能分析
[0053] 為突出本發(fā)明中雙開槽Vivaldi天線在福射性能方面的優(yōu)越性，在運一部分的說 明中，將雙開槽Vivaldi天線和與其尺寸相同、所用介質(zhì)板相同的傳統(tǒng)Vivaldi天線進行對 比分析。
[0054] 圖2所示為圖1中雙開槽Vivaldi天線與同尺寸傳統(tǒng)Vivaldi天線的端口反射系數(shù)。 可W看出傳統(tǒng)Vivaldi天線的阻抗帶寬為2.9-18GHZ，最低頻率大于口徑寬度為半波長所對 應(yīng)的頻率，運與該Vivaldi天線沒有一定寬度的金屬邊緣有關(guān)。雙開槽Vivaldi天線的阻抗 帶寬為3.25-18GHZ，可W看出，與傳統(tǒng)Vivaldi天線相比，雙開槽Vivaldi天線的最低工作頻 率只升高了 0.35GHz，依然保持了傳統(tǒng)Vivaldi天線的寬帶阻抗匹配性能。
[0055] 前面已經(jīng)提到，對傳統(tǒng)Vivaldi天線進行雙開槽處理W提高增益，改善福射特性， 其主要原因在于改善了槽線口徑間的電場分布。WlOGHz為例，圖3給出了傳統(tǒng)Vivaldi天線 和雙開槽Vivaldi天線槽線口徑內(nèi)的電場分布?？蒞看出：傳統(tǒng)Vivaldi天線槽線口徑內(nèi)的 電場波前有著類似球面波的分布，而雙開槽Vivaldi天線槽線口徑內(nèi)的電場波前分布更接 近平面波，運是雙開槽Vivaldi天線能夠獲得更好福射特性的根本原因。圖4分別給出了兩 種天線在1 OGHz和15GHz的E面方向圖，可W看出：槽線口徑內(nèi)場分布的改善使雙開槽 Vivaldi天線擁有更窄的波束、更高的方向性。此外，由15GHz的E面方向圖還可看出，傳統(tǒng) Vivaldi天線方向圖的主瓣在其端射方向發(fā)生分裂，運是介質(zhì)板產(chǎn)生的影響，而對Vivaldi 天線的雙開槽處理減弱了天線對表面波的束縛能力，防止了不必要表面波模式的產(chǎn)生，消 除了波束分裂，使得槽線在Ls至L的范圍內(nèi)產(chǎn)生了類似寬度不變槽天線(CWSA)的福射，獲 得了窄波束和高增益。
[0056] 相比于利用零折射率超材料實現(xiàn)窄頻帶內(nèi)的增益提高，雙開槽Vivaldi天線的優(yōu) 越性能在于它能在整個工作頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)總體性能的提升。圖5比較了兩種種天線的福 射特性，主要有:主福射方向增益，包括主極化增益和交叉極化增益、前后比、E面和H面內(nèi)的 副瓣電平、主波束的E面和H面半功率波束寬度。由于傳統(tǒng)Vivaldi天線在大于IlG化的頻率 產(chǎn)生了分裂的E面主波束，因而不能準確地描述運些頻率處天線的副瓣電平和半功率波束 寬度。而雙開槽Vivaldi天線消除了高頻處的主波束分裂現(xiàn)象并在整個工作頻段內(nèi)明顯提 高了天線的增益，減小了天線的E面半功率波束寬度，主福射方向的高增益也是前后比得W 提高和副瓣電平得W降低的主要原因。
[0057] 根據(jù)W上分析結(jié)果，對傳統(tǒng)的Vivaldi天線進行雙開槽設(shè)計，再輔W指數(shù)形槽縫波 紋邊緣，可W獲得天線性能的全方位提升，前后比增加，副瓣電平降低，E面波束變窄，更重 要的是，雙開槽Vivaldi天線在全頻帶內(nèi)福射增益平均提高3地W上。相比于采用介質(zhì)"引向 器"和零折射率超材料來提高Vivaldi天線的福射性能，采用雙開槽結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅擁有全頻 段提升天線性能的能力，還擁有更加簡單的結(jié)構(gòu)。運些優(yōu)越的性能使得雙開槽Vivaldi天線 擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。此外，運種設(shè)計理念使天線獲得性能提升的原因在于槽線口徑 電場的改善，因而也適用于其他的漸變開槽天線。
[0058] W上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍 由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各 種修改或等同替換，運種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種寬帶高增益雙開槽Vi valdi天線，其特征在于，包括:介質(zhì)板，一面具有金屬層作 為上表面;雙開槽漸變槽線，設(shè)置在介質(zhì)板的上表面上，呈指數(shù)形漸變的卿趴狀開口；邊緣 波紋，設(shè)置在介質(zhì)板上表面上;饋電單元，設(shè)置在介質(zhì)板下表面上，對漸變槽線進行饋電；其 中， 所述雙開槽漸變槽線包含上下對稱設(shè)置的四根指數(shù)漸變線，指數(shù)漸變線的參考坐標系 如下:x軸與介質(zhì)板長邊平行，正向為漸變槽線開口方向；y軸與介質(zhì)板窄邊平行，y軸正向可 為介質(zhì)板窄邊所在直線兩方向中的任意方向；坐標系原點位于窄邊的對稱中屯、與長邊長度 的5/24處，長邊的較長一邊為漸變槽線所在，所述四根指數(shù)漸變線的參數(shù)方程為：其中，g為雙開槽漸變槽線的起始寬度，W為天線的總寬度，L為天線的槽線長度，Ls為天 線中間福射臂的長度，Ws為雙開槽漸變槽線兩個起始點間的距離； 所述波紋邊緣由寬度和間距分別為Wee和See的指數(shù)形槽縫構(gòu)成，指數(shù)形槽縫的邊緣線是 利用式(3)、（4)畫出，其中，X的取值范圍為[L-tce，U。2. 如權(quán)利要求1所述的寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線，其特征在于，所述饋電單元包 括:微帶傳輸線，兩個金屬化過孔、兩個圓形槽;其中，所述微帶傳輸線包括:一個T形功分器 和兩段L形微帶連接線，微帶傳輸線位于介質(zhì)板下表面，用于傳輸電流，微帶傳輸線與介質(zhì) 板上表面的金屬層材料相同；金屬化過孔貫穿介質(zhì)板，用于連接微帶傳輸線和金屬層，將微 帶傳輸線上的電流傳導至金屬層上;兩圓形槽與雙開槽漸變槽線相連，用于近似開路槽線。3. 如權(quán)利要求1所述的寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線，其特征在于，所述介質(zhì)板為厚 度為1mm，介電常數(shù)為2.65，損耗角正切為0.001的聚四氣乙締玻璃布板;金屬層是粘貼在介 質(zhì)板上的銅薄片，金屬層長度為145mm，寬度為80mm，厚度為0.018mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種寬帶高增益雙開槽Vivaldi天線包括：介質(zhì)板，一面具有金屬層作為上表面；雙開槽漸變槽線，設(shè)置在介質(zhì)板的上表面上，呈指數(shù)形漸變的喇叭狀開口；邊緣波紋，設(shè)置在介質(zhì)板上表面上；饋電單元，設(shè)置在介質(zhì)板下表面上，對漸變槽線進行饋電。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以提高Vivaldi天線全部工作頻帶內(nèi)的輻射增益。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q13/10
【公開號】CN105576380
【申請?zhí)枴緾N201510979603
【發(fā)明人】王亞偉, 王光明, 梁建剛, 高向軍, 朱莉
【申請人】中國人民解放軍空軍工程大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月23日