超寬帶異面Vivaldi接收天線(xiàn)的設計與研究

1引言

Vivaldi天線(xiàn)是Gibson 于1979年提出一種行波天線(xiàn)，它由較窄的槽線(xiàn)過(guò)渡到較寬的槽線(xiàn)構成，槽線(xiàn)呈指數規律變化，將介質(zhì)板上的槽線(xiàn)寬度逐漸加大，形成喇叭口向外輻射或向內接收的電磁波。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)輻射部分相對于對應的不同頻率信號的波長(cháng)電長(cháng)度是不變的，因此理論上講，它有很寬的頻帶，并在這個(gè)頻率范圍內具有相同的波束寬度。該天線(xiàn)的幾何參數多，特別是饋電結構的設計是技術(shù)難點(diǎn)，國內外參考文獻的饋電結構設計只是停留在實(shí)驗設計階段。

由Vivaldi天線(xiàn)組成天線(xiàn)陣列的單元具備寬帶的性能,可以實(shí)現超寬帶陣列,與其他天線(xiàn)相比,如加脊喇叭、螺旋天線(xiàn)、對數周期天線(xiàn)、開(kāi)槽天線(xiàn)等等.Vivaldi天線(xiàn)由于其微帶結構適合于集成化,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(xiàn)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(xiàn)陣列或寬頻帶寬掃描角的相控陣中。同時(shí)由于天線(xiàn)是一種結構簡(jiǎn)單的平面天線(xiàn),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量接收系統中,用來(lái)探測頻率帶寬較寬的電磁波信號。

天線(xiàn)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(xiàn)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,具有很好的對稱(chēng)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(xiàn)饋電的雙面對稱(chēng)結構的Vivaldi天線(xiàn)。另外，Linardou等人提出了利用共面波導饋電的Vivaldi天線(xiàn)。在國內對其研究?jì)H停留在改進(jìn)設計階段，并沒(méi)有從理論層面上分析Vivaldi天線(xiàn)各個(gè)參數對天線(xiàn)性能的影響。

2Vivaldi天線(xiàn)的分析

Vivaldi天線(xiàn)屬于行波天線(xiàn)，目前還沒(méi)有成熟有效的設計理論用來(lái)優(yōu)化設計，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(xiàn)的，如CSTMicrowaveStudio。

圖1接收天線(xiàn)結構圖

如圖1所示，開(kāi)槽天線(xiàn)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(xiàn)不同。介質(zhì)采用，厚度,的基片，縱向取為y軸，橫向取為x軸，金屬部分中間的對數漸變曲線(xiàn)為C1，外側對數漸變曲線(xiàn)為C2，方程如下曲線(xiàn)：

（1）

曲線(xiàn)：

（2）