一種超寬帶對跖Vivaldi天線的制作方法

本實用新型涉及一種超寬帶對跖Vivaldi天線，屬于天線技術領域。

背景技術：

超寬帶天線作為超寬帶通信的關鍵技術，成為近年來天線領域研究的熱點。與傳統的窄帶無線通信系統相比，超寬帶無線通信系統具有高傳輸速率、高系統容量、高定位精度、低發射功率、低截獲概率、低成本、小體積等眾多優點和潛力。

對拓Vivaldi天線是一種漸變槽線，端射行波天線，具有較好的寬頻帶特性、定向輻射特性和固定的相位中心，且結構簡單、易于加工、易于饋電、便于集成等優點，無論單獨使用還是作為陣列單元都具有良好的性能。因此，Vivaldi天線十分適合超寬帶無線通信系統。在不久的將來，我們將會看到超寬帶技術廣泛地應用于多媒體無線通信、雷達、定位、監測、控制乃至醫學應用領域。超寬帶技術的前景廣闊，發展潛力巨大。

但是，現有的常規對跖Vivaldi天線在E面方向圖的峰值存在偏移，方向圖不對稱和增益偏低的缺點。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種具有饋電簡單、頻帶寬、輻射方向性好，增益峰值偏移角度小，實現高頻增益的超寬帶對跖Vivaldi天線；進一步地，本實用新型提供一種結構固定，易于制作，并且輻射方向性好、輻射效率高的超寬帶對跖Vivaldi天線。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：

一種超寬帶對跖Vivaldi天線，包括基板，所述基板正反面的輻射貼片為相同結構的對跖型Vivaldi天線，兩所述輻射貼片關于主軸輻射方向旋轉對稱；所述輻射貼片包括左右向首尾一體相連的矩形貼片和弧形貼片，所述弧形貼片由兩條指數漸變線、一條垂直線和一條水平線圍成，兩條所述指數漸變線分別為內指數漸變線和外指數漸變線，所述內指數漸變線的末端與垂直線一端相連，所述垂直線的末端與外指數漸變線的末端由所述水平線相連；所述矩形貼片的自由端與所述基板的邊緣平齊，所述基板在主軸輻射方向上向外延伸有梯形基板。

所述內指數漸變線滿足如下方程式y＝0.0581×e^0.1611x-0.5787；所述外指數漸變線滿足如下方程式

所述基板的長度Ls為40.8mm，寬度Ws為57.45mm，厚度Hs為0.508mm。

所述矩形貼片的x軸方向的長度Lf為1.7mm，y軸方向的寬度Wf為1.0mm。

所述內指數漸變線的x軸方向的長度Lfi為31.9mm，高度為Hfi/2＝9.35mm；所述外指數漸變線的x軸方向的長度Lfo＝17.8mm，高度Hfo/2＝21.5mm。

所述弧形貼片的自由端與所述基板邊緣存在距離，即所述水平線和垂直線均距所述基板邊緣存在距離。

所述輻射貼片厚度為0.036mm。

所述梯形基板為等腰梯形，所述梯形基板的下底為長邊且與所述基板邊緣無縫連接，所述梯形基板的下底長度與兩條所述內指數漸變線的高度和相同，所述梯形基板的上底為短邊且長度Lt為10.8mm，所述梯形基板的高度Ht為19.9mm。

所述基板的板材為RO4003C。

所述基板包括矩形。

所述輻射貼片和梯形基板在所述基板上均為上下向居中設置，矩形貼片的左側邊與基板的左側邊相平齊，水平線與基板的上側邊相平行且距離基板的上側邊或下側邊一定距離，垂直線與基板的右側邊相平行且距離右側邊一定距離。

主軸為基板的上下向均分線，主軸輻射方向即為沿著主軸從左到右輻射。

本實用新型在厚度為0.508mm的RO4003C基板上實現，整體結構簡單，制作方便。為了提高傳統Vivaldi天線的高頻增益，縮小增益峰值偏移角度，實現超寬帶特性，設計了一種旋轉對稱型的對跖Vivaldi天線，并在天線主軸輻射方向加載梯形基板。從而有效地消除天線增益峰值的偏移問題，使主軸方向的輻射性能最好，并且很大程度地提高了該天線的高頻增益值。基于CST電磁仿真軟件(基于時域有限積分法)對天線進行仿真優化設計，從而確定每個電磁參數的尺寸。然后，使用Altium Designer軟件進行該天線的PCB版圖的繪制，并加工實物。最后，使用Aglient E8361-000009型矢量網絡分析儀測試駐波比，在微波暗室里測量天線的增益。經過實物加工后的微調，最終實測結果和仿真結果基本吻合，該新型超寬帶對跖Vivaldi天線駐波比小于2的阻抗帶寬為3.5-40GHz，阻抗帶寬內的最小增益為3.1dB，最大增益為12.6dB。

本實用新型提供的一種超寬帶對跖Vivaldi天線，正反面的輻射貼片為相同結構的對跖型Vivaldi天線的設置，實現了天線的超寬帶和小型化，而且正反兩面結構完全一致，方向圖對稱性較好，增益峰值偏移角度小，輻射方向性好；弧形貼片的自由端與基板邊緣存在距離的設置，使本實用新型饋電簡單，輻射效率高；指數型結構的函數表達式，使本實用新型結構固定，易于制作，并且輻射方向性好、輻射效率高；梯形基板的設置，有效地消除天線增益峰值的偏移問題，使主軸方向的輻射性能最好，并且很大程度地提高了該天線的高頻增益值。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型駐波比仿真結果示意圖；

圖3為本實用新型駐波比實測結果示意圖；

圖4為本實用新型增益仿真結果示意圖；

圖5為本實用新型增益實測結果示意圖；

圖6為本實用新型輻射效率仿真結果示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。

如圖1所示，一種超寬帶對跖Vivaldi天線，包括基板1，所述基板1正反面的輻射貼片2為相同結構的對跖型Vivaldi天線，兩所述輻射貼片2關于主軸輻射方向旋轉對稱；所述輻射貼片2包括左右向首尾一體相連的矩形貼片5和弧形貼片6，所述弧形貼片6由兩條指數漸變線、一條垂直線9和一條水平線10圍成，兩條所述指數漸變線分別為內指數漸變線7和外指數漸變線8，所述內指數漸變線7的末端與垂直線9一端相連，所述垂直線9的末端與外指數漸變線8的末端由所述水平線10相連；所述矩形貼片5的自由端與所述基板1的邊緣平齊，所述基板1在主軸輻射方向上向外延伸有梯形基板11。

所述內指數漸變線7滿足如下方程式y＝0.0581×e^0.1611x-0.5787；所述外指數漸變線8滿足如下方程式

所述基板1的長度Ls為40.8mm，寬度Ws為57.45mm，厚度Hs為0.508mm。

所述矩形貼片5的x軸方向的長度Lf為1.7mm，y軸方向的寬度Wf為1.0mm。

所述內指數漸變線7的x軸方向的長度Lfi為31.9mm，高度為Hfi/2＝9.35mm；所述外指數漸變線8的x軸方向的長度Lfo＝17.8mm，高度Hfo/2＝21.5mm。

所述弧形貼片6的自由端與所述基板1邊緣存在距離，即所述水平線10和垂直線9均距所述基板1邊緣存在距離。

所述輻射貼片2厚度為0.036mm。

所述梯形基板11為等腰梯形，所述梯形基板11的下底為長邊且與所述基板1的右側邊無縫連接，所述梯形基板11的下底長度與兩條所述內指數漸變線7的高度和相同，所述梯形基板11的上底為短邊且長度Lt為10.8mm，所述梯形基板11的高度Ht為19.9mm。

所述基板1的板材為RO4003C。

所述基板1為矩形。

為了改變常規對跖Vivaldi天線E面方向圖的峰值偏移問題，同時考慮提高天線的增益，本實用新型對傳統對跖Vivaldi天線進行改進，基板1兩側的金屬層(即輻射貼片2)采用相同結構，并在主軸方向加載梯形基板11。該天線的帶寬為3.5-40GHz，帶寬內增益為3.1-12.6dB，具有饋電簡單、頻帶寬、輻射方向性好，增益峰值偏移角度小的特點，因此在超寬頻帶的移動通訊天線、雙極化天線和相控陣掃描天線等方面有著廣泛的應用前景。該天線具結構簡單、超帶寬、增益高、輻射方向性好，增益峰值偏移角度小的特點，可廣泛地應用于多媒體無線通信、雷達、定位、監測、控制乃至醫學應用領域，應用前景廣闊，發展潛力巨大。

本實用新型對常規對跖Vivaldi天線結構進行改進，該超寬帶對跖Vivaldi天線的正反面金屬輻射貼片2結構完全相同，關于主軸輻射方向旋轉對稱。這樣可以有效地修正天線方向圖的不對稱性。此外，在主軸輻射方向上加載梯形基板11，這樣可以將電流更好地約束在天線的主軸方向上，不但克服了常規對跖Vivaldi天線方向圖不對稱和峰值偏移的的缺點，同時具有更高增益和更好的方向性。

本實用新型基于CST電磁仿真軟件對該天線的輻射貼片2結構以及梯形基板11結構的尺寸參數進行了優化設計，最終確定了該天線的整體結構。

如圖2所示，為該天線駐波比仿真結果示意圖，該天線在2-40GHz頻帶內具有較好的駐波特性，駐波均比小于3；在2.4-40GHz范圍內，駐波比小于2。

如圖3所示，為該天線駐波比實測結果示意圖。使用Aglient E8361-000009型矢量網絡分析儀對天線的駐波比進行測量，2-40GHz的駐波比測試結果如圖6所示。由實測結果可知，該天線在2-40GHz頻率范圍內駐波比小于2.5，在3.5-40GHz頻率范圍內駐波比小于2，倍頻帶寬為11.4。結合圖2的駐波比仿真結果可知，駐波比的實測結果與仿真結果趨勢基本一致。

如圖4所示，為該天線增益仿真結果示意圖，由圖可知在低頻段增益較低，高頻段增益較高。在2-40GHz頻率范圍內，天線的最高增益13.22dB，最低增益0.9dB。

如圖5所示，為該天線增益實測結果示意圖，在微波暗室測量該天線的增益，在頻率3.5-40GHz頻率范圍內，實測增益值在3.1-12.6dB。在3.5-30GHz頻率范圍內，增益的實測結果與仿真結果基本吻合，兩者的差值小于1dB。由于該天線在高頻時基板和射頻接頭的損耗較大，所以在30-40GHz頻率范圍內，該天線實測增益值與仿真增益值相比，小1-2dB。

如圖6所示，為該天線輻射效率仿真結果示意圖，由圖可知：在2-40GHz頻率范圍內，輻射效率較高，大于90％。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。