[发明专利]一种超宽带Vivaldi天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是一种超宽带Vivaldi天线。

背景技术

现代化雷达和通信系统对多功能设备的需求越来越迫切，小型化的超宽带天线在天线设计领域得到了越来越高的重视。Vivaldi天线是超宽带天线的一种，理论上有无限宽的带宽，而且具有良好的端射特性。但是Vivaldi天线单元尺寸要求达到低频端截止频点的半波长，而以往采用加载技术进行的小型化天线设计需要付出增益的代价，因此在实际应用中迫切的需要一种具有小型化尺寸的高增益天线单元。

文献1(P.J.Gibson,“The Vivaldi aerial,”in Proc.9th Eur.Microw.Conf.,Brighton,U.K.,pp.101–105,Jun.1979.)提出了Vivaldi天线，说明了Vivaldi天线的宽带特性，并验证了Vivaldi天线具有很好的端射辐射特性，而且从理论上解释了Vivaldi天线具有无限宽的带宽，有着极大地应用前景。

文献2(M.Wajih Elsallal and D.H.Schaubert,“Parameter Study of Single Isolated Element and Infinite Arrays of Balanced Antipodal Vivaldi Antennas,”Proc Antenna Applications Symposium,pp.45-69,Sep.)提出通过加载U型金属槽可以消除限制较低频率下的工作频带的电感效应，通过降低低频段的截止频率能够有效的缩减天线结构的整体尺寸，尽量避免了增益的缩减。

文献3(Zihao Liu,Yongzhong Zhu,Jian Zhou,“Improved design of vivaldi antenna with loading resistance for wideband applications,”IEEE Antennas&Wireless Propagation Letters,pp(99),286-289.)通过加载电阻的方法实现了天线的小型化设计，但是加载电阻增加了损耗，导致天线的增益比较低。

由上可知，Vivaldi天线比较容易在超宽带范围内实现良好的辐射特性，但是现有技术实现小型化Vivaldi天线具有损耗高、增益低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超宽带Vivaldi天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超宽带Vivaldi天线，包括平行正对放置的上层PCB介质板和下层PCB介质板以及位于上层PCB介质板和下层PCB介质板两侧的U型金属槽，上层PCB介质板和下层PCB介质板通过两侧的U型金属槽固定，上层PCB介质板的外表面印刷有指数型槽缝隙金属层，指数型槽缝隙金属层两侧翼对称设置半椭圆形开槽，指数型槽缝隙金属层内侧边沿对称设有矩形槽；下层PCB介质板外表面与上层PCB介质板外表面对应位置印刷有相同的指数型槽缝隙金属层；上层PCB介质板的内表面印刷有传输线。

进一步地，所述传输线由带状线以及位于上层PCB介质板边缘的微带线连接组成，所述带状线与微带线连接处两边印刷有偶数对对称分布的圆形金属贴片,所述圆形金属贴片上设有贯穿上层PCB介质板和下层PCB介质板的金属过孔。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明提出的Vivaldi天线具有8.6倍带宽，在2.2GHz～19Ghz内电压驻波比(VSWR)，最大增益达到13dBi，并且天线的辐射特性稳定。(2)本发明提出的小型化高增益Vivaldi天线的馈电结构由带状线过渡到微带线，方便工程化应用。(3)本发明提出的小型化高增益Vivaldi天线集成度高，成本低，便于大规模加工生产。

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明一种超宽带Vivaldi天线结构立体图。

图2为本发明一种超宽带Vivaldi天线结构主视图。

图3为本发明一种超宽带Vivaldi天线结构底视图。

图4为本发明一种超宽带Vivaldi天线分层结构图。

图5为本发明一种超宽带Vivaldi天线的反射系数和增益曲线。

图6为本发明一种超宽带Vivaldi天线在中心频率为11GHz时的辐射方向图。

具体实施方式