X頻段Vivaldi天線(xiàn)簡(jiǎn)單設計方案

天線(xiàn)對發(fā)射和接收電磁(EM)能量的高頻通信和電子系統很關(guān)鍵。天線(xiàn)的基本行為可以用其波場(chǎng)強度、極化及傳播方向來(lái)描述。有沒(méi)有一種方法能讓Vivaldi天線(xiàn)在微波頻率下提供杰出的方向傳播性，用一種簡(jiǎn)單設計達到高帶寬?相信本文將給你答案。

　　本系列文章分為三個(gè)部分，此篇為第一部分，將說(shuō)明Vivaldi天線(xiàn)如何在微波頻率下提供杰出的方向傳播性，本研究目標的Vivaldi天線(xiàn)針對X頻段應用，即8～12GHz頻段。

　　天線(xiàn)對發(fā)射和接收電磁(EM)能量的高頻通信和電子系統很關(guān)鍵。雖然有許多不同種類(lèi)的天線(xiàn)，但都是根據同一基本電磁原理工作的。天線(xiàn)的基本行為可以用其波場(chǎng)強度、極化及傳播方向來(lái)描述。在如機載雷達和通訊系統中的關(guān)鍵要求包括效率高、帶寬大、重量輕、體積小及簡(jiǎn)單。

　　漸變式槽縫天線(xiàn)(TSA)是Gibson在1973年提出的，非常適合滿(mǎn)足這些要求。1986年第一次分析了無(wú)襯底TSA的簡(jiǎn)單例子，隨后出現了更先進(jìn)的分析方法。許多早期TSA實(shí)驗用電子設計自動(dòng)化(EDA)軟件設計和分析工具進(jìn)行，如Ansoft公司的高頻結構仿真器(HFSS)和Computer Simulation Technology公司的CST Microwave Studio。但對所有此項探討，以前對實(shí)際TSA設計的研究都不夠，因此本文將給出一款高頻單端指數Vivaldi天線(xiàn)。

　　為本研究設計的Vivaldi天線(xiàn)針對X頻段應用，即8～12 GHz頻段。天線(xiàn)采用安捷倫科技公司的Advanced Design System (ADS) EDA軟件工具模型化并仿真，采用矩量法(MoM)分析。此方法基于精確的格林函數;用于A(yíng)DS中的基于MoM的過(guò)程計算反射系數和天線(xiàn)中的未知電流。隨后計算反射系數，基本函數的收斂和電流分布以及遠場(chǎng)輻射行為。通過(guò)用微波矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀(VNA)和譜分析儀進(jìn)行高頻測量來(lái)驗證部分參數。

　　在計劃設計Vivaldi天線(xiàn)之前，應該仔細了解其特性。在設計和制造Vivaldi天線(xiàn)之前，其基本組成、工作原理、輻射形式、TSA類(lèi)型、極化以及饋電技術(shù)必須仔細考慮并研究。要了解這種天線(xiàn)的設計，首先采用現代高頻EDA工具仿真，然后制作并測量，以將性能與仿真結果相比較。

　　Vivaldi天線(xiàn)是一種有用的配置，原因是其簡(jiǎn)單性、寬帶寬和在微波頻率下的高增益?？偟膩?lái)說(shuō)，為端射輻射圖，使其成為連續一種比例、漸進(jìn)彎曲、慢泄漏端射行波天線(xiàn)。 在不同頻率下，Vivaldi天線(xiàn)的不同部分在輻射，而輻射部分的大小在波長(cháng)上是常數。就其本身而言，Vivaldi天線(xiàn)理論上為無(wú)限工作頻率范圍，在此范圍波束寬度為常數。文獻上諸如“漸變開(kāi)槽”、“槽式”、“漸變槽式”這樣的術(shù)語(yǔ)在Vivaldi天線(xiàn)中一直是互用的。這些天線(xiàn)包括蝕刻到薄金屬膜的漸變槽，在薄膜一側有或者沒(méi)有電介基板。

　　除效率和重量輕的特點(diǎn)之外，像Vivaldi天線(xiàn)這樣的TSA很吸引人，因為可以在寬帶寬工作，產(chǎn)生對稱(chēng)端射束流，增益可觀(guān)，側瓣低。圖1示意了一個(gè)Vivaldi天線(xiàn)的基本結構，WE為輸入槽寬度，WA為輻射區槽寬度，WO為輸出槽寬度。Vivaldi天線(xiàn)有兩個(gè)傳播和輻射區：

　　1. 由WE W WA 定義的區域。

　　2. 由WA W{ WO定義的區域。

　　Vivaldi天線(xiàn)是一種“表面形”行波天線(xiàn)。電磁波沿天線(xiàn)彎曲槽路徑傳輸。與自由空間波長(cháng)相比，導體之間的分割區很小，波受到嚴格限制。隨著(zhù)分割的增加，限制越來(lái)越弱，波從天線(xiàn)發(fā)射出去。這發(fā)生在邊緣分割大于一半波長(cháng)時(shí)。

　　行波沿Vivaldi天線(xiàn)的結構傳輸，因為電磁波相速小