[发明专利]一种方向图对称的vivaldi天线阵列

说明书

本发明提供了一种方向图对称的vivaldi天线阵列，包括阵列馈电和阵列天线辐射臂的设计以及阵列安装及馈电方式设计，阵列馈电部分由多级渐变线功分器构成，通过软件调节各级联功分线宽及长度实现阻抗匹配，阵列天线辐射臂部分是采用共面的指数线辐射臂，阵列安装及馈电方式是将其中一列天线阵列旋转180度，两个馈电端口左右相对，用魔T对两个端口进行等幅反相馈电。本发明由于采用单元辐射臂不对称进行设计，化弊为利，馈电网络简单，设计简便，采用了旋转和反向馈电后，对称结构的高次模式辐射相消，有利于有效能量集中辐射，由于在其他方向电场的极化相消，旋转后的阵列的侧向辐射也有明显减小。

技术领域

本发明涉及一种天线阵列，尤其是vivaldi天线阵列。

背景技术

指数锥削槽天线是一种端射式行波天线，也叫做vivaldi天线，由于其具有宽频带、对称的E面H面方向图、中等增益、重量轻、易于与微波电路集成等特点，因而被广泛应用于超宽频带无线通信系统、宽频带相控阵雷达和射电天文等领域。但是微带馈电的指数锥削槽天线辐射臂电流不对称，交叉极化和高次模式的激发，将引起方向图的显著畸变，而导致某些角度上的增益出现显著波动和天线方向图不对称特性。这种缺陷严重影响了vivaldi天线的角度扫描阵列的大空域覆盖,宽角度扫描的能力。对于构成超宽带极化分集阵列是非常不利的，而且对于采用超宽带宽角度扫描阵列天线的现代雷达是极为不利的，严重的降低了雷达的目标分辨力，电子对抗能力及抗反辐射导弹的能力。

传统的解决E面辐射场不对称的办法是使耦合槽线部分足够长，即微带线—槽线耦合部分到天线渐变部分足够长，使耦合产生的高次模在电流传输过程中辐射出去，但是过长的槽线使天线的体积增大，并且馈电也有不对称性引起的辐射不对称。有学者提出采用带状线馈电的平衡互补锥削槽，但由于其辐射臂不对称性，在高频端E面方向图也有显著的不对称性，且相对微带馈电复杂。现有技术也对BAV天线进行了改进，采用平衡馈电方式，对方向图对称有了提高，但是天线位于介质板两侧，因此辐射臂不对称导致电场有不对称性，且这种馈电方式具有交叉极化大的缺点，方向图仍有不对称性。传统vivaldi天线阵，采用上述天线作为天线阵列单元时,都是以相同方式摆放天线单元，相同相位对天线馈电，所以，天线电流对于天线阵列中心是不对称的，所以方向图具有不对称特性，因此本发明提出一种新的方案来解决vivaldi天线阵列方向图不对称问题。

发明内容

本发明为了解决天线组成天线阵因辐射臂不对称，辐射臂电流不对称而引起的辐射方向图不对称的问题，采用了对称辐射臂，用微带线对天线阵列进行馈电，将每列线阵印刷在一片介质基板上，辐射臂具有对称特性，使相邻两片渐变槽阵列旋180度相对放置，并对相邻两片阵列进行反相馈电，实现了端射vivaldi阵列E面方向图的对称。此外，具有偶数个阵元对称放置的阵列都可以采用此方法实现方向图对称。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括两部分：阵列馈电和阵列天线辐射臂的设计以及阵列安装及馈电方式设计。

阵列馈电部分由多级渐变线功分器构成，一分八T型功分器采用了三级一分二T型节，每级的输入端口的特性阻抗为50Ω，输出端口的特性阻抗为100Ω，通过指数型连续阻抗渐变线进行多级阻抗变换，通过软件HFSS调节各级联功分线宽及长度，实现在8GHz—18GHz宽频带内的阻抗匹配。

阵列天线辐射臂部分是采用共面的指数线辐射臂，将单元的辐射臂按小于工作波长的间距刻蚀在同一片介质板的同侧，单元间相互连接，沿着介质板的一个直线方向排列，因此天线辐射臂组成一个整体金属层，将馈电网络刻蚀在介质板另一侧，馈电网络的8个输出端口与对侧的天线中心8个辐射臂位置一一对应，使8个中心辐射臂能够主动发射电磁波。

阵列安装及馈电方式是将其中一列天线阵列旋转180度，此时两个微带馈线相对，两个馈电端口左右相对，用魔T对两个端口进行等幅反相馈电。