Vivaldi天线的制作方法

vivaldi天线
技术领域
1.本实用新型涉及天线的技术领域，特别是涉及一种vivaldi天线。


背景技术：

2.vivaldi天线是通过采用指数形状的缝隙结构来控制电磁波从缝隙的一端向开口端辐射电磁能量的缝隙微带天线。vivaldi天线是超宽带天线里应用广泛的一类天线，很多医学微波成像系统所使用的天线就是vivaldi天线；又如微波测试场需要对多种天线进行测量，因此需要较宽的频带，其使用的天线大部分都是vivaldi天线。
3.相关技术中，vivaldi天线主要包括介质板、金属接地板和馈线，金属接地板中设有圆形槽以及槽线，馈线通过介质板向金属接地板的槽线耦合馈电，从而辐射电磁能量，受电尺寸的限制，vivaldi天线存在截止频率高的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种 vivaldi天线，能够降低截止频率，并提高天线的辐射电磁能量的性能。
5.根据本实用新型实施例的vivaldi天线，包括介质板、金属贴片和微带馈线；金属贴片设于介质板的一侧，金属贴片包括接地板、天线辐射臂和延长贴片，接地板与两个天线辐射臂连接，两个延长贴片分别与两个天线辐射臂连接，接地板设有圆形槽和竖直槽，两个天线辐射臂之间设有呈喇叭状的中心槽，竖直槽连通圆形槽和中心槽，每一天线辐射臂远离中心槽的一侧均设有第一边缘渐变槽和第二边缘渐变槽；微带馈线设于介质板的另一侧。
6.根据本实用新型实施例的vivaldi天线，至少具有如下有益效果：通过在中心槽两侧的天线辐射臂中均设置第一边缘渐变槽和第二边缘渐变槽，能够将天线辐射臂分为三瓣，可有效延长vivaldi天线的电尺寸，进而对天线的谐振频率进行调整，最终能够有效降低截止频率，通过增设延长贴片能够进一步延长vivaldi天线的电尺寸，可进一步降低截止频率，提高辐射电磁能量的性能。
7.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，中心槽沿中心辐射方向逐渐扩大，第一边缘渐变槽沿中心辐射方向逐渐远离竖直槽弯曲，第二边缘渐变槽沿中心辐射方向逐渐远离竖直槽弯曲，中心辐射方向与竖直槽平行，中心辐射方向从接地板朝向天线辐射臂。
8.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，中心槽的相对两边缘均设有第一弯曲槽线，第一边缘渐变槽的相对两边缘分别为第二弯曲槽线和第三弯曲槽线，第二边缘渐变槽的相对两边缘分别为第四弯曲槽线和第五弯曲槽线；第一弯曲槽线、第二弯曲槽线、第三弯曲槽线、第四弯曲槽线和第五弯曲槽线分别为不同指数函数的函数曲线。
9.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，天线辐射臂远离中心槽一侧的边缘为第六弯曲槽线。
10.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，第六弯曲槽线为椭圆函数的函数曲
线。
11.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，延长贴片连接天线辐射臂远离接地板的一端。
12.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，延长贴片为蛇形结构。
13.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，还包括第一电阻，第一电阻连接于对应的天线辐射臂和延长贴片之间。
14.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，还包括第二电阻和第三电阻，第二电阻的两端分别连接位于第一边缘渐变槽两侧的天线辐射臂，第三电阻的两端分别连接位于第二边缘渐变槽两侧的天线辐射臂。
15.根据本实用新型一些实施例的vivaldi天线，微带馈线包括垂线部、横线部和扇形部，横线部的两端分别连接垂线部和扇形部，横线部与垂线部垂直，垂线部的宽度沿朝向横线部的方向逐渐减小。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1为传统的vivaldi天线的结构示意图；
19.图2为传统的vivaldi天线的s参数曲线图；
20.图3为开设梳状槽的vivaldi天线的结构示意图；
21.图4为开设梳状槽的vivaldi天线在8ghz时的方向图；
22.图5为本实用新型实施例的vivaldi天线在俯视角度下的透视结构示意图；
23.图6为本实用新型实施例的vivaldi天线在俯视角度下的结构示意图；
24.图7为本实用新型实施例的vivaldi天线在仰视角度下的结构示意图；
25.图8为本实用新型实施例的vivaldi天线的s参数曲线图；
26.图9为本实用新型实施例的vivaldi天线在8ghz时的方向图。
27.介质板100；
28.金属贴片200、接地板210、圆形槽211、竖直槽212、天线辐射臂220、延长贴片230、中心槽240、第一弯曲槽线241、第一边缘渐变槽250、第二弯曲槽线251、第三弯曲槽线252、第二边缘渐变槽260、第四弯曲槽线261、第五弯曲槽线262、第六弯曲槽线270；
29.微带馈线300、垂线部310、横线部320、扇形部330；
30.第一电阻400；
31.第二电阻500；
32.第三电阻600。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、前、后等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
36.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
37.vivaldi天线大致可分为三种：对拓vivaldi天线、平衡vivaldi天线和传统vivaldi天线。对拓vivaldi天线相对于传统的vivaldi天线可减小波束宽度且馈电结构简单，但是其交叉极化的问题明显。平衡vivaldi天线将微带线馈电改为了带状线馈电，由于带状线的阻抗不受频率影响，因此结构更稳定，但是由于其加工工艺非常规工艺，因此成本高，该种天线需要两块板的粘合，粘合所使用的pp不在仿真的考虑范围内，可能出现预料之外的情况，导致仿真结果不可靠。
38.传统的vivaldi天线只需要普通工艺就可加工完成，成本低，但其电磁辐射性能较差。如图1所示，传统的vivaldi天线中的槽线设置为于圆形槽连接的锥形槽线，锥形槽线满足以下指数函数y(x)＝
±
y0e
ax
，根据微积分可以计算出锥形槽线的长度为求解可得：
[0039][0040]
进而能够求解得到vivaldi天线的表面电流为i[l(x)]＝i0a(l(x))sin{β0[l(x)-l(x)]}，其中，a(l(x))＝e-[al(x)/b]
，b会随介质频率的升高而减小，导致电流的衰减被加快。
[0041]
综上可知，想要提高vivaldi天线的性能，需要提高vivaldi天线中槽线的长度。但受到 vivaldi天线尺寸的限制，vivaldi天线的低频性能欠佳，特别是在医疗应用领域、微波测试、雷达等领域，需要对vivaldi天线实现小型化设计，将进一步限制了vivaldi天线的电尺寸，导致vivaldi天线的低频性能较差，为解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够有效增加电尺寸的vivaldi天线，能够降低截止频率，进而提高低频性能。
[0042]
以下参照图5至图7，描述本实用新型的一种vivaldi天线，包括介质板100、金属贴片 200和微带馈线300；金属贴片200设于介质板100的一侧，金属贴片200包括接地板210、天线辐射臂220和延长贴片230，天线辐射臂220和延长贴片230可均设有两个，接地板210 与两个天线辐射臂220连接，两个延长贴片230分别与两个天线辐射臂220连接，接地板210 设有圆形槽211和竖直槽212，圆形槽211又称圆形谐振腔，两个天线辐射臂220关于竖直槽212对称，两个延长贴片230也关于竖直槽212对称，两个天线辐射臂220之间开设有呈喇叭状的中心槽240，竖直槽212连桶圆形槽211和中心槽240，每一天线辐射臂220远离中心槽240的一侧均设有第一边缘渐变槽250和第二边缘渐变槽260，能够有效增加天线辐射臂220
的有效电长度；微带馈线300设于介质板100的另一侧，微带馈线300与接地板210 分别位于介质板100的相对两侧，微带馈线300为金属线路，微带馈线300通过介质板100 向槽线耦合馈电。
[0043]
通过在中心槽240两侧的天线辐射臂220中均设置第一边缘渐变槽250和第二边缘渐变槽260，能够将天线辐射臂220分为三瓣，可有效延长vivaldi天线的电尺寸，进而对天线的谐振频率进行调整，最终能够有效降低截止频率，通过增设延长贴片230能够进一步延长 vivaldi天线的电尺寸，可进一步降低截止频率，提高辐射电磁能量的性能。
[0044]
参考图2和图8，图2为传统的vivaldi天线的s参数曲线图，能够获知传统天线的s参数为-10db对应的截止频率约为1.85ghz；图8为本实用新型实施例的vivaldi天线的s参数曲线图，本实用新型的vivaldi天线的s参数为-10db对应的截止频率约为1.3ghz，因此本实用新型的vivaldi天线能够获得更理想的低频性能。
[0045]
在进行vivaldi天线设计时，会通过对金属接地板开设梳状槽来增加vivaldi天线的电尺寸，开设梳状槽的vivaldi天线参考图3所示，梳状槽虽然加工方便，但这种结构的梳状槽会增大旁瓣，开设梳状槽的vivaldi天线的方向图参考图4所示，将导致vivaldi天线的方向性变差。
[0046]
为提高确保vivaldi天线的方向性，可以理解的是，中心槽240沿中心辐射方向逐渐扩大，第一边缘渐变槽250沿中心辐射方向逐渐远离竖直槽212弯曲，第二边缘渐变槽260沿中心辐射方向逐渐远离竖直槽212弯曲，其中，中心辐射方向与竖直槽212共线，中心辐射方向从接地板210朝向天线辐射臂220。通过设置第一边缘渐变槽250和第二边缘渐变槽260分别沿中心辐射方向朝两侧弯曲，能够有效抑制辐射电磁能量时的旁瓣，本技术vivaldi天线的方向图参考图9所示，可以有效确保vivaldi天线的方向性，进而确保辐射电磁能量的性能。
[0047]
可以理解的是，中心槽240的相对两边缘均设有第一弯曲槽线241，两根第一弯曲槽线 241的分别连接竖直槽212的相对两边缘，第一边缘渐变槽250的相对两边缘分别为第二弯曲槽线251和第三弯曲槽线252，第二边缘渐变槽260的相对两边缘分别为第四弯曲槽线261 和第五弯曲槽线262；第一弯曲槽线241、第二弯曲槽线251、第三弯曲槽线252、第四弯曲槽线261和第五弯曲槽线262分别为不同指数函数的函数曲线，参考图6所示，具体为，在同一个天线辐射臂220中，第一弯曲槽线241与以下指数函数的曲线图部分重叠：y＝c1*e
q*x
c2，第二弯曲槽线251与以下指数函数的曲线图部分重叠：y＝c
1-1
*e
p1*x
c
2-1
，第三弯曲槽线252 与以下指数函数的曲线图部分重叠：y＝c
1-2
*e
q1*x
c
2-2
，第四弯曲槽线261与以下指数函数的曲线图部分重叠：y＝c
1-3
*e
p2*x
c
2-3
，第五弯曲槽线262与以下指数函数的曲线图部分重叠： y＝c
1-4
*e
q2*x
c
2-4
，其中，x轴与竖直槽212平行。每条弯曲槽线都有不同的斜率、起点，使得天线设计拥有更多的优化空间。
[0048]
可以理解的是，天线辐射臂220远离中心槽240一侧的边缘为第六弯曲槽线270，第六弯曲槽线270向竖直槽212的一侧弯曲，能够提高天线辐射臂220的长度，进而对vivaldi 天线的电尺寸实现增加，能够进一步提高vivaldi天线辐射电磁能量的性能，且能够进一步优化vivaldi天线的小型化设计。
[0049]
具体的，第六弯曲槽线270为椭圆函数的函数曲线，不仅能够有效提高天线辐射臂220 的长度，进而增长vivaldi天线的电尺寸，还能够使得阻抗的变化更平滑，可有效提高
辐射电磁能量的性能。
[0050]
可以理解的是，延长贴片230连接天线辐射臂220远离接地板210的一端，即延长贴片 230连接于第一弯曲槽线241的末端，能够进一步确保vivaldi天线辐射电磁能量的方向性。
[0051]
具体的，延长贴片230为蛇形结构，即延长贴片230为迂回弯曲的结构，能够进一步提高vivaldi天线的电尺寸，进而优化vivaldi天线的谐振频率，并提高其低频性能。
[0052]
可以理解的是，vivaldi天线还包括第一电阻400，第一电阻400连接于对应的天线辐射臂220和延长贴片230之间，即第一电阻400连接于同侧的天线辐射臂220和延长贴片230 之间，第一电阻400设于金属贴片200上，或设于延长贴片230与天线辐射臂220之间的间隙，通过第一电阻400能够有效吸收工作过程中产生的部分驻波，进而改善vivaldi天线的驻波比，减少能量的反射，可进一步优化vivaldi天线的小型化设计。
[0053]
可以理解的是，还包括第二电阻500和第三电阻600，第二电阻500的两端分别连接位于第一边缘渐变槽250两侧的天线辐射臂220，第三电阻600的两端分别连接位于第二边缘渐变槽260两侧的天线辐射臂220，第二电阻500和第三电阻600均设于金属贴片200上，或第二电阻500和第三电阻600分别设于第一边缘渐变槽250和第二边缘渐变槽260中，通过第二电阻500和第三电阻600能够进一步吸收工作过程中产生的部分驻波，进而改善vivaldi 天线的驻波比，减少能量的反射，可进一步优化vivaldi天线的小型化设计。
[0054]
可以理解的是，微带馈线300包括垂线部310、横线部320和扇形部330，横线部320的两端分别连接垂线部310和扇形部330，横线部320与垂线部310垂直，垂线部310与竖直槽212平行，垂线部310的宽度沿朝向横线部320的方向逐渐减小，通过设置微带馈线300 为渐变的结构，能够令vivaldi天线的阻抗变化更加平滑，进而提高vivaldi天线辐射电磁能量的性能。
[0055]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。