[发明专利]一款用于目标检测的超宽带Vivaldi天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于目标检测的超宽带Vivaldi天线。

背景技术

现代无线通讯技术发展迅速，信号频带资源趋于紧张，为了满足不断增长的军用需求和 民用需求，各类微波器件的工作频带逐渐向高频拓宽。适用于复杂高频环境的超宽带(UWB) 技术，相对于窄带技术，又具有低功耗，高精度，高速率的明显优势，具备高速低功耗，廉 价高性能特点的超宽带(UWB)技术发展前途可观。

超宽带(UWB)技术在探测雷达、材料探伤、乳腺肿瘤检测等领域的广泛应用，和天线 设计的灵活性不可分割。收发信号的天线优劣直接决定了微波系统工作的效率高低。用于目 标检测的超宽带天线，具有成本低、尺寸小、无辐射损伤等诸多优点，超宽带天线的工作频 率通常在GHz级别，处于该频率等级的天线，必须具有稳定小于2的电压驻波比以及稳定增 益。

Vivaldi天线常用于乳腺肿瘤检测、未知目标探测等领域，该天线是一种超宽带行波天线， 也是一种指数缝隙天线。电磁波沿着天线的指数缝隙传播出去，辐射电磁波的频率与缝隙位 置的宽度有关，高频电磁波从较窄缝隙处辐射，低频电磁波从较宽缝隙处辐射。指数型缝隙 辐射区具有良好的连续性，拓展了天线的工作频带，也保证了天线工作时电磁波接发的稳定 性。

发明内容

本发明提出一种小型化的Vivaldi天线，适用于2-6GHz频率范围，具有稳定的天线增益， 能有效发射和接收高频信号。该天线方向性良好，发射的电磁波能量集中，以一定规律置于 探测区域邻近处，可以通过该天线发射和接收电磁波，对发射和接收的两种电磁波信号加以 分析，以此得到该区域及未知物体的相关信息，为未知目标的位置判断和进一步探索提供科 学依据。本发明的技术方案如下:

一款用于目标检测的超宽带Vivaldi天线，此天线共有三层，正极板和负极板的材料相 同，中间为基板，由巴伦(1)和辐射区(2)组成，正极板和负极板的辐射区形状相对称， 主瓣较宽而副瓣较窄，正极板和负极板两面的渐变指数线(6)之间构成天线缝隙槽，其特征 在于，采用双平行线结构的微带线(3)馈电，天线的外形结构参数如下表：

以天线馈电端边缘中心为基点建立平面坐标系，辐射区(2)和巴伦(1)的外渐变部分 曲线(4，8)均为椭圆弧的1/4，椭圆弧长轴为167mm，短轴为83.5mm，椭圆中心坐标为(85,46.8)； 巴伦(1)加载的圆弧衔接处(5)是另一椭圆曲线的一部分，此另一椭圆的长轴为17.1mm， 短轴为6mm，椭圆中心坐标为(10,5.8)；辐射区内侧的渐变线(6)是依照指数率R是0.045 的指数规律渐变的曲线，其指数线的数学模型是：

式中，c₁＝0.3933463，其中与指数线上端相连的弧形切割线(7)为圆弧，圆弧上端与天 线上沿相切，圆弧半径为16.5mm，圆心距同侧边界为18mm。

本发明的有益效果如下：

(1)采用此种天线馈电端和辐射区形状的方案，天线的主辐射方向增益得到保证， 在有效工作频带内可以顺利进行信号电磁波的发射与接收。

(2)天线通过连接至信号传输线，将激励信号发射出去，同时同轴接收端可以对回 收的信号进行分析，从而得到未知物体分布信息。

(3)天线的方向性良好，可以实现特定方向的发射与接收，这有利于检测信号的定 向检测，实现未知物体位置的精确定位。

附图说明

图1该天线的正面结构示意图

图2该天线的反面结构示意图

图3该天线的S₁₁特性曲线

图4该天线在2GHz时的方向图

图5该天线在4GHz时的方向图

图6该天线在6GHz时的方向图

具体实施方式

图1所示是此款超宽带天线正面结构示意图，图2是天线的反面结构示意图，天线的部 分几何参数列在表1中。此天线共有三层，上下正负极板的材料相同，图中所示即为上下极 板金属面。中间基板的介电常数为4.4，即与PCB板的介电常数一致。

表1天线的外形结构参数