超寬帶異面Vivaldi接收天線的設(shè)計與研究

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，而各個輻射部分相對于對應(yīng)的不同頻率信號的波長電長度是不變的，因此理論上講，它有很寬的頻帶，并在這個頻率范圍內(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)計是技術(shù)難點，國內(nèi)外參考文獻的饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計只是停留在實驗設(shè)計階段。

由Vivaldi天線組成天線陣列的單元具備寬帶的性能,可以實現(xiàn)超寬帶陣列,與其他天線相比,如加脊喇叭、螺旋天線、對數(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。同時由于天線是一種結(jié)構(gòu)簡單的平面天線,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量接收系統(tǒng)中,用來探測頻率帶寬較寬的電磁波信號。

天線的輻射是端射式的,電場矢量平行于介質(zhì)基板,在它的兩個主要的輻射面上輻射場是線性極化的,在面和面之間的平面上是橢圓極化。它的輻射場在面和面有幾乎相同的波束寬度,具有很好的對稱性,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。在國內(nèi)對其研究僅停留在改進設(shè)計階段，并沒有從理論層面上分析Vivaldi天線各個參數(shù)對天線性能的影響。

2Vivaldi天線的分析

Vivaldi天線屬于行波天線，目前還沒有成熟有效的設(shè)計理論用來優(yōu)化設(shè)計，但一些基于時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，金屬部分中間的對數(shù)漸變曲線為C1，外側(cè)對數(shù)漸變曲線為C2，方程如下曲線：

（1）

曲線：

（2）