[发明专利]一种宽带高增益双开槽Vivaldi天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种宽带高增益双开槽Vivaldi天线。

背景技术

渐变开槽天线(Taperedslotantenna，TSA)是一种典型的表面波端射天线。它依 靠蚀刻在介质板上的渐变槽线实现慢波效应，并在传输电磁波的过程中通过逐渐张开的槽 线辐射能量。渐变开槽天线在很宽的频带内具有良好的端口匹配、稳定的增益、宽度相近且 对称的E面H面方向图、重量轻、易于加工及集成等优点，因而被广泛应用于射电天文、探地 雷达、超宽带通信、超宽带成像等领域。渐变开槽天线的槽线结构，主要有三种典型的形式： 指数渐变开槽天线(Exponentiallytaperedslotantenna，ETSA)，也叫Vivaldi天线；线 性渐变开槽天线(Linearlytaperedslotantenna，LTSA)；宽度不变槽天线(Constant widthslotantenna，CWSA)。在这三种传统的渐变开槽天线中，ETSA带宽最宽，LTSA次之， CWSA最窄；CWSA具有最高增益，最窄波束，LTSA次之，ETSA增益最低，波束最宽。可见，ETSA， 也就是Vivaldi天线更符合现代天线对宽带宽的要求，但是，如何在全工作频带范围内提高 Vivaldi天线的辐射增益就成为天线工程师们面临的一个重要问题。

Vivaldi天线是渐变开槽天线中的非频变天线，具有最宽的频带，最稳定的辐射特 性，但也有相对较低的辐射增益。此外，在利用印制板技术实现时，介质板材料的影响会导 致天线高频处的波束分裂。

提高Vivaldi天线辐射增益的技术基础在于改善其槽线的口径场分布。 R.N.Simons和R.Q.Lee最早在1998年讨论了在渐变开槽天线前端利用不同形状介质块对天 线口径场的改善情况，并研究了相应天线的增益变化，这种介质块被称为介质“引向器”， 其功能等同于简单的介质透镜。在这一思想基础上，很多研究人员针对不同的应用要求设 计出了各种形状和介电常数变化的介质“引向器”。另一种方法是伴随着超材料的研究出现 的，研究人员通过在渐变开槽天线的槽线口径内放置零折射率超材料结构，进而改善天线 的口径场分布，提高天线的增益。这是目前用以提高Vivaldi天线辐射增益的两种主要方 法，在下面的现有技术方案中将详细阐述。

文献“N.Ghassemi,andK.Wu.PlanarHigh-GainDielentric-LoadAntipodal LinearlyTaperedSlotAntennaforE-andW-bandGigabytePoint-to-Point WirelessServices[J].IEEETrans.Antennas&Propagat.,2013,61(4),:1747-1745”； “G.Teni,N.Zhang,J.H.Qiu,etal.ResearchonaNovelMiniaturizedAntipodal VivaldiAntennawithImprovedRaidation[J].IEEEAntennasWireless Propag.Lett.,2013,12:417-420”；“R.N.Simons,andR.Q.Lee.ImpedanceMatchingof TaperedSlotAntennaUsingaDielectricTransformer[J].ElectronLett.,1998,34 (24):2287-2289”；“K.Kota,andL.Shafai.GainandRadiationPatternEnhancement ofBalancedAntipodalVivaldiAntenna[J].ElectronLett.,2011,47(5):303-304：采 用的方法是利用介质“引向器”提高Vivaldi天线的辐射增益。这种介质“引向器”可以像透 镜一样改善槽线口径内或槽线口径外侧附近的电场波前，使之接近平面波的波前分布，从 而实现远场辐射的高增益。通过改变口径场分布的方式提高辐射增益的根本途径，也是提 高Vivaldi天线增益的有效方法。介质“引向器”的使用需要突出的介质前端，或直接在口径 内外加载高介电常数的介质块，这种设计虽然能在较宽的频带范围内提高天线的增益，却 增加了天线的体积，设计也更加复杂。