X頻段Vivaldi天線(xiàn)簡(jiǎn)單設計方案

　　TSA可以設計為多種漸變形式。平面TSA有兩個(gè)共同特征：輻射槽作為天線(xiàn)地平面及天線(xiàn)由平衡槽線(xiàn)饋電。設計平面TSA中的難題包括采用在天線(xiàn)中采用低介電常數基板材料和達到適當的槽線(xiàn)阻抗匹配。通過(guò)采用低介電常數基板材料，能得到相對高的槽線(xiàn)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(huì )限制TSA的工作帶寬。

　　已進(jìn)行過(guò)支撐材料彎曲對不同類(lèi)型TSA的影響的試驗研究。實(shí)驗表明，漸變形式的彎曲對增益、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，合理設計饋電結構很關(guān)鍵。雖然微波集成電路(MIC)一般用微帶實(shí)現，但槽線(xiàn)仍是TSA饋電的最佳傳輸媒介。從微帶到槽線(xiàn)的轉換應緊湊并有損失，以便將來(lái)自天線(xiàn)的微波信號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(xiàn)和微帶饋電線(xiàn)。

　　關(guān)于Vivaldi天線(xiàn)選擇采用微帶到槽線(xiàn)轉換的優(yōu)勢將在本系列文章的下一部分詳細說(shuō)明。

　　本系列文章的上一部分說(shuō)明了Vivaldi天線(xiàn)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(xiàn)選擇采用微帶到槽線(xiàn)轉換的優(yōu)勢所在。

　　與其它饋電機制相比，從微帶到槽線(xiàn)的轉換具有許多優(yōu)點(diǎn)。這一轉換可以簡(jiǎn)單地用常規光刻工藝制造。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(xiàn)，以達到緊湊轉換。本報告中Vivaldi天線(xiàn)就采用了這種轉換類(lèi)型(圖3)。

　　微波PCB中廣泛采用的微帶線(xiàn)為非平衡線(xiàn)，雖然Vivaldi天線(xiàn)要求用槽線(xiàn)傳輸線(xiàn)饋電，槽線(xiàn)傳輸線(xiàn)為平衡線(xiàn)。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(wú)關(guān)。 為說(shuō)明TSA設計的有效性，從其它可能的設計中選擇Vivaldi天線(xiàn)，因為對這一配置已經(jīng)進(jìn)行過(guò)大量的研究。無(wú)論設計哪種天線(xiàn)，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差異很大。本實(shí)驗性Vivaldi天線(xiàn)更適合在低電介常數基板上制作轉換和Vivaldi天線(xiàn)，避免采用短鉆孔。本實(shí)驗天線(xiàn)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(xiàn)選擇采用微帶到槽線(xiàn)轉換，因為與其它方法相比，此方法有許多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是這種轉換可以方便地用常規照相蝕刻工藝制作，可以做成一側用微帶而另一側用槽線(xiàn)的雙面PCB。

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