X頻段Vivaldi天線簡單設計方案

　　TSA可以設計為多種漸變形式。平面TSA有兩個共同特征：輻射槽作為天線地平面及天線由平衡槽線饋電。設計平面TSA中的難題包括采用在天線中采用低介電常數基板材料和達到適當的槽線阻抗匹配。通過采用低介電常數基板材料，能得到相對高的槽線阻抗。這樣，如果采用微帶饋電，要達到阻抗匹配就很難。因此，從微帶到槽的轉換將會限制TSA的工作帶寬。

　　已進行過支撐材料彎曲對不同類型TSA的影響的試驗研究。實驗表明，漸變形式的彎曲對增益、束寬和TSA帶寬影響巨大。實際上，饋電一般決定了高頻限，而孔徑尺寸決定了低頻限。因此，要使TSA帶寬最大化，合理設計饋電結構很關鍵。雖然微波集成電路(MIC)一般用微帶實現，但槽線仍是TSA饋電的最佳傳輸媒介。從微帶到槽線的轉換應緊湊并有損失，以便將來自天線的微波信號耦合到平面微帶電路。可以采用多種饋電技術，最常用的方法是同軸饋電線和微帶饋電線。

　　關于Vivaldi天線選擇采用微帶到槽線轉換的優(yōu)勢將在本系列文章的下一部分詳細說明。

　　本系列文章的上一部分說明了Vivaldi天線如何在微波頻率下提供杰出的方向傳播性，下面將介紹Vivaldi天線選擇采用微帶到槽線轉換的優(yōu)勢所在。

　　與其它饋電機制相比，從微帶到槽線的轉換具有許多優(yōu)點。這一轉換可以簡單地用常規(guī)光刻工藝制造。此外，雙面印刷電路板(PCB)的制作可以一側用微帶，另一側用槽線，以達到緊湊轉換。本報告中Vivaldi天線就采用了這種轉換類型(圖3)。

　　微波PCB中廣泛采用的微帶線為非平衡線，雖然Vivaldi天線要求用槽線傳輸線饋電，槽線傳輸線為平衡線。非平衡到平衡傳輸所需要的不平衡變壓器必須工作在至少兩倍頻程，甚至高達多倍頻程。最好是，不平衡變壓器與頻率無關。 為說明TSA設計的有效性，從其它可能的設計中選擇Vivaldi天線，因為對這一配置已經進行過大量的研究。無論設計哪種天線，電介質基板材料的選擇都很關鍵。有很多基板材料可選，而其特性和介電常數差異很大。本實驗性Vivaldi天線更適合在低電介常數基板上制作轉換和Vivaldi天線，避免采用短鉆孔。本實驗天線用Rogers公司(www.rogerscorporation.com)的RO4003C基板材料制作，此材料的介電常數為3.38。采用安捷倫的ADS軟件優(yōu)化用于8GHz～12GHz的設計。

　　Vivaldi天線選擇采用微帶到槽線轉換，因為與其它方法相比，此方法有許多優(yōu)點。一個主要優(yōu)點是這種轉換可以方便地用常規(guī)照相蝕刻工藝制作，可以做成一側用微帶而另一側用槽線的雙面PCB。

　　Kayani等在2005年提出了一種簡單的集成Vivaldi天線。其單面設計采用了帶線到槽線耦合，如圖4。這一設計的最大優(yōu)點是，與對踵Vivaldi天線相比，可以更小。此外，因為天線尺寸小，采用計算機輔助設計(CAE)軟件工具時，仿真時間相對要短。圖4為工作在8GHz～12GHz頻率的雙面Vivaldi天線示意圖，長度為7.48cm，寬為2.08cm。微帶線的寬度為0.29cm。圓形槽端的直徑為1cm，槽線間隙為0.08cm。