X頻段Vivaldi天線簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方案

　　TSA可以設(shè)計(jì)為多種漸變形式。平面TSA有兩個(gè)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(shè)計(jì)平面TSA中的難題包括采用在天線中采用低介電常數(shù)基板材料和達(dá)到適當(dāng)?shù)牟劬€阻抗匹配。通過采用低介電常數(shù)基板材料，能得到相對(duì)高的槽線阻抗。這樣，如果采用微帶饋電，要達(dá)到阻抗匹配就很難。因此，從微帶到槽的轉(zhuǎn)換將會(huì)限制TSA的工作帶寬。

　　已進(jìn)行過支撐材料彎曲對(duì)不同類型TSA的影響的試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明，漸變形式的彎曲對(duì)增益、束寬和TSA帶寬影響巨大。實(shí)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(shè)計(jì)饋電結(jié)構(gòu)很關(guān)鍵。雖然微波集成電路(MIC)一般用微帶實(shí)現(xiàn)，但槽線仍是TSA饋電的最佳傳輸媒介。從微帶到槽線的轉(zhuǎn)換應(yīng)緊湊并有損失，以便將來自天線的微波信號(hào)耦合到平面微帶電路?？梢圆捎枚喾N饋電技術(shù)，最常用的方法是同軸饋電線和微帶饋電線。

　　關(guān)于Vivaldi天線選擇采用微帶到槽線轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)將在本系列文章的下一部分詳細(xì)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(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)所在。

　　與其它饋電機(jī)制相比，從微帶到槽線的轉(zhuǎn)換具有許多優(yōu)點(diǎn)。這一轉(zhuǎn)換可以簡(jiǎn)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(cè)用微帶，另一側(cè)用槽線，以達(dá)到緊湊轉(zhuǎn)換。本報(bào)告中Vivaldi天線就采用了這種轉(zhuǎn)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(dá)多倍頻程。最好是，不平衡變壓器與頻率無關(guān)。 為說明TSA設(shè)計(jì)的有效性，從其它可能的設(shè)計(jì)中選擇Vivaldi天線，因?yàn)閷?duì)這一配置已經(jīng)進(jìn)行過大量的研究。無論設(shè)計(jì)哪種天線，電介質(zhì)基板材料的選擇都很關(guān)鍵。有很多基板材料可選，而其特性和介電常數(shù)差異很大。本實(shí)驗(yàn)性Vivaldi天線更適合在低電介常數(shù)基板上制作轉(zhuǎn)換和Vivaldi天線，避免采用短鉆孔。本實(shí)驗(yàn)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(shù)為3.38。采用安捷倫的ADS軟件優(yōu)化用于8GHz～12GHz的設(shè)計(jì)。

　　Vivaldi天線選擇采用微帶到槽線轉(zhuǎn)換，因?yàn)榕c其它方法相比，此方法有許多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是這種轉(zhuǎn)換可以方便地用常規(guī)照相蝕刻工藝制作，可以做成一側(cè)用微帶而另一側(cè)用槽線的雙面PCB。

　　Kayani等在2005年提出了一種簡(jiǎn)單的集成Vivaldi天線。其單面設(shè)計(jì)采用了帶線到槽線耦合，如圖4。這一設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是，與對(duì)踵Vivaldi天線相比，可以更小。此外，因?yàn)樘炀€尺寸小，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAE)軟件工具時(shí)，仿真時(shí)間相對(duì)要短。圖4為工作在8GHz～12GHz頻率的雙面Vivaldi天線示意圖，長(zhǎng)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。