超寬帶異面Vivaldi接收天線的設(shè)計(jì)與研究

1引言

Vivaldi天線是Gibson 于1979年提出一種行波天線，它由較窄的槽線過(guò)渡到較寬的槽線構(gòu)成，槽線呈指數(shù)規(guī)律變化，將介質(zhì)板上的槽線寬度逐漸加大，形成喇叭口向外輻射或向內(nèi)接收的電磁波。在不同的頻率上，它的不同部分發(fā)射或接收電磁波，而各個(gè)輻射部分相對(duì)于對(duì)應(yīng)的不同頻率信號(hào)的波長(zhǎng)電長(zhǎng)度是不變的，因此理論上講，它有很寬的頻帶，并在這個(gè)頻率范圍內(nèi)具有相同的波束寬度。該天線的幾何參數(shù)多，特別是饋電結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是技術(shù)難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)的饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只是停留在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。

由Vivaldi天線組成天線陣列的單元具備寬帶的性能,可以實(shí)現(xiàn)超寬帶陣列,與其他天線相比,如加脊喇叭、螺旋天線、對(duì)數(shù)周期天線、開槽天線等等.Vivaldi天線由于其微帶結(jié)構(gòu)適合于集成化,因此在今天得到了廣泛的使用.

作為陣列單元使用的山天線也具有優(yōu)良的性能,可以由它們組成單極化和雙極化的陣列,用于寬帶天線陣列或?qū)掝l帶寬掃描角的相控陣中。同時(shí)由于天線是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平面天線,可以用印刷技術(shù)將它與其他模塊集成為一體,所以它被用于各種測(cè)量接收系統(tǒng)中,用來(lái)探測(cè)頻率帶寬較寬的電磁波信號(hào)。

天線的輻射是端射式的,電場(chǎng)矢量平行于介質(zhì)基板,在它的兩個(gè)主要的輻射面上輻射場(chǎng)是線性極化的,在面和面之間的平面上是橢圓極化。它的輻射場(chǎng)在面和面有幾乎相同的波束寬度,具有很好的對(duì)稱性,很低的旁瓣和交叉極化電平。

Langley等人研制了一種由帶狀線饋電的雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)的Vivaldi天線。另外，Linardou等人提出了利用共面波導(dǎo)饋電的Vivaldi天線。在國(guó)內(nèi)對(duì)其研究?jī)H停留在改進(jìn)設(shè)計(jì)階段，并沒(méi)有從理論層面上分析Vivaldi天線各個(gè)參數(shù)對(duì)天線性能的影響。

2Vivaldi天線的分析

Vivaldi天線屬于行波天線，目前還沒(méi)有成熟有效的設(shè)計(jì)理論用來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，但一些基于時(shí)域有限差分法的仿真軟件是可以較精確建模行波天線的，如CSTMicrowaveStudio。

圖1接收天線結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，開槽天線的兩頁(yè)金屬位于介質(zhì)基片的兩面，與普通的共面vivaldi天線不同。介質(zhì)采用，厚度,的基片，縱向取為y軸，橫向取為x軸，金屬部分中間的對(duì)數(shù)漸變曲線為C1，外側(cè)對(duì)數(shù)漸變曲線為C2，方程如下曲線：

（1）

曲線：

（2）