[实用新型]高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线

说明书

一技术领域

本实用新型涉及一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线，该阵列天线广泛应用于微波和毫米波领域，可作为移动通信领域及军事雷达等辐射阵列天线。 

二背景技术

1979年Gibson提出一种按指数规律渐变的槽线天线，即Vivaldi天线，其具有端射辐射、宽频带、高增益、线极化等特点，并且具有剖面低、重量轻、易于制作、便于共形安装、便于和微波电路集成等优点。 

Vivaldi天线一般是由微带、带状线或者同轴等传输线形式将能量引入，通过电磁耦合或介质耦合方式，将馈电传输线与辐射槽线进行能量转换，电磁波通过槽线向自由空间传递，通常在槽线终端采用圆形腔作为短路终端，而微带终端采用扇形支节作为开路终端，以实现整个馈电部分的宽带匹配。 

通常，作为端射天线的Vivaldi天线，通过底端馈电、由较窄的槽线向较宽的槽线方向、以行波方式辐射能量，天线的孔径宽度和天线长度应满足：W≥λ_L/2，2λ_L≤L≤12λ_L，λ_L是最低工作频率时的自由空间波长；但是，当Vivaldi工作在低频时，天线长度小于一个自由空间波长，且槽线的宽度远小于半个工作波长即λ_L/2时，槽线就不会辐射能量，此时的槽线可以作为一种低损耗的传输介质，Vivaldi天线辐射属谐振式，通常增益较低，波束宽且伴有小的波纹。 

为了改善Vivaldi天线在低频时的增益，槽线优化、贴片开槽、超材料等技术被应用于天线设计之中。Peter Ludlow、Vincent Fusco在文献《Variation of Slotline Characteristic Impedance and Wavelength in a Vivaldi Antenna and Their Effect on Radiation Characteristics》通过阶梯逼近方法对槽线的指数曲线参数进行优化，并改变介质基板的介电常数，通过仿真给出指数曲线与天线特征阻抗、槽线与自由空间之间的阻抗匹配和相位差的关系，指出当槽线开口大于λ_L/2时，槽线与自由空间阻抗匹配较好，且高介电常数的介质基板能够增加馈线到自由空间的相位差，减缓波的传播速度，以此获得理想的增益；Khabat Ebnabbasi、Heinrich D.Foltz在《Vivaldi Antenna Taper Design Based on Impedance Matching》中将槽线设计为四分之一波长的切比雪夫阻抗变换段，并通过指数渐变函数和高斯函数逼近切比雪夫曲线，通过优化槽线渐变以达到天线在低频时阻抗匹配。槽线的优化能够有效地改善天线本身与自由空间的阻抗匹配，但天线单元间的互耦影响未能降低。崔铁军等人将渐变各向异性人工零折射率材料运用于天线设计中，在其专利《宽带高增益平板维瓦尔第天线》中，将不同臂长的弯曲曲线置于天线辐射口径，提高天线定向性，提高天线增益，但是波束宽度变窄，不能满足阵列天线单元的扫描要求。 

三实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对Vivaldi天线低频增益较低的问题，设计一种宽频带、高增益，且结构简单的介质透镜Vivaldi天线。 

实现上述目的的具体技术方案如下： 

1、一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线，由基板部分、带状线馈电传输线部分、两层槽线金属层部分、介质透镜部分组成。采用两层槽线金属层分置于介质基板上下，由切比雪夫渐变带状线馈电，将双面Vivaldi天线分布在三个平面。天线长度的初始值在2λ_L/2≤L≤2λ_L区间内选取，介质基板的厚度在0.0025λ_H≤h_eff≤0.0028λ_H范围内选取，这里是介质基板等效厚度。 

2、天线的馈电传输线采用切比雪夫渐变带状线，其在相当宽的频带范围内反射系数较小，具有较为理想的阻抗匹配效果，能够有效增加工作带宽。根据切比雪夫渐变线的阻抗计算公式：