一種高增益對拓Vivaldi天線的制作方法

本發明屬于天線領域，涉及寬帶天線，具體提供一種基于引向器和新穎的復合指數曲線的對拓vivaldi天線(antipodalvivaldiantenna,ava)，以達到拓展天線帶寬并提高天下增益和方向性的目的。技術背景天線是各種無線電設備中必不可少的組成部分，它能有效地輻射或接收無線電波并通過饋線與收發系統聯系起來，起著能量轉換的作用。天線作為通信系統的前端部件，被喻為通信系統中的“眼睛”，很大程度上制約著整個通信技術的發展。天線的帶寬、增益和定向性是非常重要的指標，研究者希望在保證天線工作帶寬的前提下，實現盡可能高的增益和好的定向性。參考現有的文獻和技術，實現超寬帶天線同時具備高增益和良好的定向性并不多見，這使得此類天線的研究成為微波、毫米波電路與系統的一個研究重點。對拓vivaldi天線是一種新型的寬帶天線，其設計思想來源于傳統的vivaldi天線，通過加工在介質基板的上下面兩塊反對稱的輻射貼片以實現電磁波的定向輻射；對拓vivaldi天線不僅具備了傳統vivaldi天線的結構簡單、增益高的優點，同時能夠實現更寬的工作帶寬。在現有的已報道的文獻中，對拓vivaldi天線的改進設計主要有以下幾種方式：第一種，研究者i.t.nassar基于在傳統的antipodalvivaldi天線的口徑處增加一個橢圓的金屬貼片以提高天線的增益，參見文獻《i.t.nassar,t.m.weller,“anovelmethodforimprovingantipodalvivaldiantennaperformance,”ieeetransactiononantennasandpropagation,vol.63,pp.3321-3324,2015》；第二種，研究人員t.djerafi基于在輻射貼片的外邊緣采用切比雪夫曲線漸變的方式，實現了很寬的阻抗匹配，參見文獻《t.djerafi，anirbankarmakar,manimalapalandrowdraghatak,“asuperwidebandchebyshevtaperedantipodalvivaldiantenna,”internationaljournalofelectronicsandcommunicationspp.1328-1333,2015》；第三種，研究者r.natarajan通過在天線的輻射貼片上開缺陷結構，以增加電長度，使得在保證天線工作帶寬的情況下縮小了天線的體積，但其增益較小，參見文獻《r.natarajan,j.v.george,m.kanagasabai,anda.k.shrivastav,“acompactantipodalvivaldiantennaforuwbapplications,”antennasandwirelesspropagationletters,ieee,volume:14,2015》；以上三種方法中，第一種方法實現的天線工作頻帶為2～32ghz，第二種方法實現的天線工作頻帶為1～35ghz，第三種方法實現的天線工作頻帶為3.7～18ghz；第一種天線的增益雖然得到大幅改善，但是在高頻段的性能仍有很大改善空間；第二種天線雖然展寬了天線的帶寬，但是仍然無法工作在ka波段及以上頻段，同時其增益也較小；第三種天線的增益較小(小于7dbi)，同時也無法工作在更高的頻段；故這三種天線均存在自身的局限性。基于此，本發明提供一種新型的高增益對拓vivaldi天線。技術實現要素：本發明的目的在于針對
背景技術：
：的缺陷，提供一種高增益對拓vivaldi天線，該天線在傳統對拓vivaldi天線的基礎上，在天線輻射口徑處引入一個引向器，同時改進上、下層輻射貼片內邊緣的指數為復合指數曲線，使得本發明對拓vivaldi天線具備很寬的工作帶寬、很好的定向性、較高的增益。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種高增益對拓vivaldi天線，包括介質基板、平衡饋電巴倫、上層輻射貼片、下層輻射貼片，所述下層輻射貼片連接平衡饋電巴倫、均設置于介質基板下表面，所述上層輻射貼片設置于介質基板上表面；其特征在于，所述天線輻射口徑處還設置有引向器，所述引向器由分別位于介質基板上、下表面且對應重疊設置的兩個復合金屬貼片構成；所述復合金屬貼片由一個小橢圓金屬貼片和一個大橢圓金屬貼片相交形成，其中，小橢圓金屬貼片靠近天線輻射口徑，大橢圓金屬貼片遠離天線輻射口徑。進一步的，所述上層輻射貼片與下層輻射貼片形狀、尺寸相同，其內邊緣的指數曲線為復合指數曲線，具體為：b0＝-(w0+a0*b1)，其中，c和s為混合參數、用于改變曲線的外形，pa和pb為指數曲線的曲率，la為輻射貼片的長度，w0為50歐姆微帶線寬度，w為上、下層輻射貼片之間最大距離，x和y表示坐標。更進一步的，所述上層輻射貼片與下層輻射貼片外邊緣的指數曲線采用切比雪夫漸變形式，具體為：其中，n為切比雪夫曲線系數，w0為50歐姆微帶線寬度，wsub和lsub分別表示介質板的寬和長，w1為輻射貼片口徑處與天線外側的寬度，l0為饋電巴倫長度。進一步的，所述平衡饋電巴倫采用四分之一橢圓漸變形式。進一步的，所述介質基板由矩形介質基板一側向外以1/2橢圓外延構成，用以設置引向器。需要說明的是，如圖2所示，本發明中，所述上層輻射貼片與下層輻射貼片分別設置于介質基板上、下表面，其位置沿介質基板中心軸呈軸對稱設置；同時，所述復合金屬貼片的中心軸(即兩個橢圓金屬貼片的長軸)與介質基板中心軸重合，大橢圓金屬貼片的短軸與矩形介質基板的邊緣重合。本發明的有益效果在于：本發明提供一種高增益對拓vivaldi天線，在傳統對拓vivaldi天線的基礎上，在天線輻射口徑處引入一個引向器，即有效增加上、下層輻射貼片間的耦合，同時改善天線的方向性(改善天線高頻段的方向圖偏移和主瓣分裂問題)；同時將上、下層輻射貼片內邊緣的指數曲線用復合指數曲線代替，使得高頻段對應部分曲率變大，低頻段對應部分曲率變小，從而在不額外增加天線尺寸的條件下，提高天線工作頻帶內的增益；綜上，本發明的優點在于：1、具有很寬的工作帶寬：1-40ghz頻率范圍內的峰值增益大于0dbi；2、具有很好的定向性：3-40ghz頻率范圍內e面和h面波束偏離都不超過3°，其中16-40ghz頻率范圍內不超過2°；3、具有較高的增益：15-40ghz頻率范圍內峰值增益大于12dbi，其中最大增益超過16dbi；4、實現在印刷電路板上，加工方便，結構簡單可靠，成本低。附圖說明圖1是本發明實施例天線結構圖。圖2是本發明實施例天線尺寸參數示意圖。圖3是本發明實施例天線的加工圖。圖4是本發明實施例天線的仿真和測試e面方向圖。圖5是本發明實施例天線的仿真和測試h面方向圖。圖6是本發明實施例天線的仿真和測試s11曲線。圖7是本發明實施例天線的e面和h面波束偏離角度的仿真和測試曲線。圖8是本發明實施例天線的仿真和測試增益曲線。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。本實施例中提供一種高增益對拓vivaldi天線，其結構如圖1所示，其加工實物如圖3所示，該對拓vivaldi天線實現在rt/duroid5880的介質基片上，該基片相對介電常數為2.2，損耗角正切為0.0009，厚度為0.787mm。其具體參數如圖2所示，具體為：wsublsubw0l0w1l196.52mm100mm3mm16mm6.26mm50mma1a2b1b2dl230mm10mm7.5mm4mm24mm5mmscpapbh40mm20.0650.050.787mm對上述高增益對拓vivaldi天線進行測試，其結果如圖4至圖8所示，測試結果顯示：在4-40ghz頻率范圍內，天線回波損耗優于-10db；在1-40ghz頻率范圍內天線的增益大于0dbi,其中在15-40ghz范圍內的大于12dbi；3-40ghz頻率范圍內e面和h面波束偏離都不超過3°，其中16-40ghz頻率范圍內不超過2°。以上所述，僅為本發明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。當前第1頁12