本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種超寬帶小型化vivaldi天線。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，高性能的無線通信接收機(jī)受到人們的廣泛關(guān)注，無論是在民用和還是軍事領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用。綜合偵察、干擾、探測、通信于一體的偵干探通一體化接收機(jī)因其體積小、靈活度高，功能強(qiáng)大，是未來接收機(jī)發(fā)展的必然趨勢。其中偵干探通一體化雷達(dá)接收機(jī)需要有非常寬的接收帶寬，來獲取所需要的各種頻率的信號，并且要做到小型化，使接收機(jī)被偵察的難度上升并且有著優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性，這就對接收天線提出了較高的要求。

2、近幾年來研究者們設(shè)計(jì)了各種類型的天線，按照頻帶特性分有窄頻帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線；按照天線的輻射性能分為全向和定向天線；按照天線可收集的電磁波的極化方式可分為線極化、雙線極化、圓極化和雙圓極化天線等。vivaldi天線是一種指數(shù)錐削槽天線，屬于超寬帶天線的范疇，具有良好的輻射性能，比如較寬的頻帶、對稱的方向圖、穩(wěn)定的增益，同時(shí)天線本身結(jié)構(gòu)簡單，制作成本較低且易于集成，目前廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗和無線通信等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能收集環(huán)境中0.2ghz至18ghz頻段的超寬帶小型化vivaldi天線。

2、本發(fā)明提供的超寬帶小型化vivaldi天線，可覆蓋90倍頻的0.2ghz至18ghz頻段，具有超寬帶和小型化的特性。

3、本發(fā)明提供的超寬帶小型化vivaldi天線，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一介質(zhì)基板11，基板上表面包含一個(gè)指數(shù)型漸變開槽的主體vivaldi天線(具體為漸變槽金屬貼片)1、四個(gè)電阻9-12和兩塊長方形金屬貼片7，一個(gè)人工表面等離子體8；基板下表面為饋電網(wǎng)絡(luò)，該饋電網(wǎng)絡(luò)包含6節(jié)阻抗變換微帶傳輸線(稱6節(jié)阻抗變換器)2，一個(gè)扇形微帶線3和一個(gè)圓形槽4；主體vivaldi天線1與介質(zhì)基板13居中對齊放置，四個(gè)電阻9-12放置在主體vivaldi天線1的末端，電阻后面與兩個(gè)長方形貼片7相連；人工表面等離子體8放置在主體vivaldi天線1漸變縫隙中間；饋電網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)阻抗變換器和微帶轉(zhuǎn)槽線結(jié)構(gòu)與vivaldi天線的圓形槽對齊放置。

4、其中，天線，人工表面等離子體8，以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)分別緊貼介質(zhì)基板13上下表面，之間沒有間隙；

5、上層天線中的漸變槽金屬貼片1與介質(zhì)基板13底部對齊，且漸變槽金屬貼片1中間中心位置開有三個(gè)槽：分別為圓形槽4、矩型槽5和指數(shù)型漸變槽6，三個(gè)槽從下至上依次連接；邊緣位置開有兩個(gè)對稱長方形槽14；漸變槽金屬貼片1后端接兩個(gè)電阻11-12，末端接兩個(gè)電阻9-10；電阻9-10后接長方形金屬貼片7；漸變槽金屬貼片1，長方形金屬貼片7與介質(zhì)基板13左右兩側(cè)對齊；參見圖2。

6、下層饋電網(wǎng)絡(luò)中，6節(jié)阻抗變換微帶線2中的第一節(jié)微帶線與介質(zhì)基板13底部對齊，每節(jié)阻抗變換微帶線首尾相連；第三節(jié)微帶線設(shè)計(jì)成直角轉(zhuǎn)折；最后一節(jié)微帶線與扇形微帶線3相連，并且其末端與長方形槽邊緣對齊；參見圖3。

7、人工表面等離子體8處在漸變槽后端中心位置；參見圖2。人工表面等離子體8，其單元為工字型結(jié)構(gòu)，由工字型單元周期延拓排布組成。

8、在饋電網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)6節(jié)阻抗變換器，實(shí)現(xiàn)50ω到100ω的阻抗變換，改善天線阻抗匹配，減小損耗；在阻抗變換器后面增加有扇形微帶線，在長方形槽后面增加有圓形槽4，使槽線和微帶線的末端形成諧振，實(shí)現(xiàn)微帶線到槽線阻抗不連續(xù)的銜接，達(dá)到目標(biāo)帶寬內(nèi)的寬頻；

9、為了實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，在漸變槽金屬貼片1設(shè)計(jì)指數(shù)型漸變槽進(jìn)行輻射；在漸變槽金屬貼片1邊緣開對稱長方形槽14，延長表面電流路徑，降低諧振點(diǎn)頻率，達(dá)到拓展低頻帶寬和改善低頻段的阻抗匹配目的；在漸變槽金屬貼片1末端增加有耗電阻9-12，吸收末端電流，實(shí)現(xiàn)降低低頻段的反射系數(shù)，改善全頻段的阻抗匹配，并且達(dá)到小型化的目的；

10、在漸變槽金屬貼片1中間增加有人工表面等離子體8，改善高頻段的輻射增益。

11、本發(fā)明中，所述的介質(zhì)基板13采用介電常數(shù)為4.4的fr4材料，損耗正切為0.015，厚度為0.8mm，金屬層材料為銅，厚度為0.035mm；

12、本發(fā)明中，4個(gè)電阻9-12阻值為100ω；

13、本發(fā)明超寬帶小型化vivaldi天線工作頻段為0.2ghz至18ghz。尺寸為308×180×0.8mm3(長×寬×高)，即0.16λ0×0.28λ0mm2(長×寬)，λ0為最低頻率對應(yīng)的自由空間波長，具有小型化特性。

14、本發(fā)明合理的設(shè)計(jì)了超寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)，包括多節(jié)阻抗變換器和微帶轉(zhuǎn)槽線巴倫結(jié)構(gòu)，使其可以接收目標(biāo)帶寬的電磁波；本發(fā)明合理的設(shè)計(jì)了vivaldi天線，通過邊緣開槽，電阻加載和人工表面等離子體等方法實(shí)現(xiàn)超寬帶、小型化和較高輻射增益。仿真結(jié)果表明：天線在0.27ghz至18ghz頻率范圍內(nèi)|s11|<-10db，在0.2ghz處|s11|<-6db，天線在0.2ghz至18ghz頻段內(nèi)具有良好的輻射性能，整個(gè)工作波段內(nèi)，具有良好的定向性。

技術(shù)特征：

1.一種超寬帶小型化vivaldi天線，其特征在于，包括一塊介質(zhì)基板(13)，基板上表面包含一個(gè)指數(shù)型漸變開槽的主體vivaldi天線即為漸變槽金屬貼片(1)、四個(gè)電阻(9-12)和兩塊長方形金屬貼片(7)，一個(gè)人工表面等離子體(8)；漸變槽金屬貼片(1)包括矩形槽(5)、指數(shù)型漸變槽(6)和邊緣長方型槽(14)；基板下表面為饋電網(wǎng)絡(luò)，該饋電網(wǎng)絡(luò)包含6節(jié)阻抗變換微帶傳輸線(2)、一個(gè)扇形微帶線(3)和一個(gè)圓形槽(4)；主體vivaldi天線(1)與介質(zhì)基板(13)居中對齊放置，四個(gè)電阻(9-12)放置在主體vivaldi天線(1)的末端，電阻后面與兩個(gè)長方形貼片(7)相連；人工表面等離子體(6)放置在主體vivaldi天線(1)漸變縫隙中間，用于改善高頻段的輻射增益；饋電網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)阻抗變換器和微帶轉(zhuǎn)槽線結(jié)構(gòu)與vivaldi天線的圓形槽對齊放置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶小型化vivaldi天線，其特征在于，天線，人工表面等離子體(8)，以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)分別緊貼于介質(zhì)基板13上下表面，之間沒有間隙；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶小型化vivaldi天線，其特征在于，在饋電網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)6節(jié)阻抗變換微帶線，用于實(shí)現(xiàn)50ω到100ω的阻抗變換，以改善天線阻抗匹配，減小損耗；在阻抗變換器后面增加扇形微帶線(3)，在矩型槽(5)后面增加有圓形槽(4)，使槽線和微帶線的末端形成諧振，用于實(shí)現(xiàn)微帶線到槽線阻抗不連續(xù)的銜接，達(dá)到目標(biāo)帶寬內(nèi)的寬頻。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬帶小型化vivaldi天線，其特征在于，在漸變槽金屬貼片(1)中設(shè)計(jì)指數(shù)型漸變槽進(jìn)行輻射；在漸變槽金屬貼片(1)邊緣開長方型槽(14)，延長表面電流路徑，降低諧振點(diǎn)頻率，達(dá)到拓展低頻帶寬和改善低頻段的阻抗匹配目的；在漸變槽金屬貼片(1)末端增加耗電阻(9-12)，吸收末端電流，用于降低低頻段的反射系數(shù)，改善全頻段的阻抗匹配。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超寬帶小型化Vivaldi天線。本發(fā)明天線包含一介質(zhì)基板，其上表面包含指數(shù)型漸變開槽的主體Vivaldi天線、四個(gè)電阻和兩塊長方形金屬貼片，人工表面等離子體；下表面為饋電網(wǎng)絡(luò)，包含6節(jié)阻抗變換微帶傳輸線、扇形傳輸線和圓形槽；主體天線與介質(zhì)基板居中對齊放置，四個(gè)電阻放置在主體天線的末端，電阻后面與兩個(gè)長方形貼片相連；人工表面等離子體放置在主體天線漸變縫隙中間；饋電網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)阻抗變換器和微帶轉(zhuǎn)槽線結(jié)構(gòu)與主體天線的圓形槽對齊放置。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)主體天線，邊緣開槽，電阻加載和人工表面等離子體等實(shí)現(xiàn)超寬帶、小型化和較高輻射增益。本發(fā)明天線工作頻段為0.2?GHz至18?GHz，并具有小型化特性。

技術(shù)研發(fā)人員：歐陽華超,楊國敏,賈其申,金亞秋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：復(fù)旦大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15