高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线，该天线包括以下部分：基板、辐射槽线、介质透镜、切比雪夫渐变带状线馈电。本实用新型天线引入相等间距、不同长度的高介电常数的介质条带构成介质透镜，合适地调整介质条带的间距与长度，能改变天线的辐射阻抗，获得好的阻抗匹配，高介电常数的介质透镜能够降低电磁波在槽线处的传播速度，改善天线口径电流分布，使球面波变为近似的平面波，提高天线辐射效率。天线的馈电传输线采用切比雪夫渐变带状线，其在相当宽的频带范围内反射系数较小，具有较为理想的阻抗匹配效果，能够有效增加工作带宽。本实用新型阵列天线具有高增益、宽频带特性，适用于移动通信领域及军事雷达等宽带阵列天线的辐射单元。
【专利说明】高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线
一【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线，该阵列天线广泛应用于微波和毫米波领域，可作为移动通信领域及军事雷达等辐射阵列天线。
二【背景技术】
[0002]1979年Gibson提出一种按指数规律渐变的槽线天线，即Vivaldi天线，其具有端射辐射、宽频带、高增益、线极化等特点，并且具有剖面低、重量轻、易于制作、便于共形安装、便于和微波电路集成等优点。
[0003]Vivaldi天线一般是由微带、带状线或者同轴等传输线形式将能量引入，通过电磁耦合或介质耦合方式，将馈电传输线与辐射槽线进行能量转换，电磁波通过槽线向自由空间传递，通常在槽线终端采用圆形腔作为短路终端，而微带终端采用扇形支节作为开路终端，以实现整个馈电部分的宽带匹配。
[0004]通常，作为端射天线的Vivaldi天线，通过底端馈电、由较窄的槽线向较宽的槽线方向、以行波方式辐射能量，天线的孔径宽度和天线长度应满足:\J2,2 L ^ 12 Al, λ ^是最低工作频率时的自由空间波长；但是，当Vivaldi工作在低频时，天线长度小于一个自由空间波长，且槽线的宽度远小于半个工作波长即λ ^/2时，槽线就不会辐射能量，此时的槽线可以作为一种低损耗的传输介质，Vivaldi天线辐射属谐振式，通常增益较低，波束宽且伴有小的波纹。
[0005]为了改善Vivaldi天线在低频时的增益,槽线优化、贴片开槽、超材料等技术被应用于天线设计之中。Peter Ludlow、Vincent Fusco 在文献《Variation of SlotlineCharacteristic Impedance and Wavelength in a Vivaldi Antenna and Their Effecton Radiation Characteristics》通过阶梯逼近方法对槽线的指数曲线参数进行优化,并改变介质基板的介电常数，通过仿真给出指数曲线与天线特征阻抗、槽线与自由空间之间的阻抗匹配和相位差的关系，指出当`槽线开口大于时，槽线与自由空间阻抗匹配较好，且高介电常数的介质基板能够增加馈线到自由空间的相位差，减缓波的传播速度，以此获得理想的增益；Khabat Ebnabbas1、Heinrich D.Foltz 在《Vivaldi Antenna TaperDesign Based on Impedance Matching》中将槽线设计为四分之一波长的切比雪夫阻抗变换段，并通过指数渐变函数和高斯函数逼近切比雪夫曲线，通过优化槽线渐变以达到天线在低频时阻抗匹配。槽线的优化能够有效地改善天线本身与自由空间的阻抗匹配，但天线单元间的互耦影响未能降低。崔铁军等人将渐变各向异性人工零折射率材料运用于天线设计中，在其专利《宽带高增益平板维瓦尔第天线》中，将不同臂长的弯曲曲线置于天线辐射口径，提高天线定向性，提高天线增益，但是波束宽度变窄，不能满足阵列天线单元的扫描要求。
三实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于:针对Vivaldi天线低频增益较低的问题，设计一种宽频带、高增益，且结构简单的介质透镜Vivaldi天线。
[0007]实现上述目的的具体技术方案如下:
[0008]1、一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线，由基板部分、带状线馈电传输线部分、两层槽线金属层部分、介质透镜部分组成。采用两层槽线金属层分置于介质基板上下，由切比雪夫渐变带状线馈电，将双面Vivaldi天线分布在三个平面。天线长度的初始值在2 λ l/2≤L≤2 λ L区间内选取，介质基板的厚度在0.0025 λ H ( heff ( 0.0028 λ H范围内
选取,这里
【权利要求】
1.一种高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线,包括基板部分,带状线馈电传输线部分，两层槽线金属层部分，介质透镜部分；其特征在于: 1)、在上下层槽线开口中间引入介质透镜，透镜由相等间距、不同长度的高介电常数的介质条带构成，合适地调整介质条带的间距与长度，能够改变天线的辐射阻抗，以获得好的阻抗匹配，高介电常数的介质透镜能够降低电磁波在槽线处的传播速度，改善天线口径电流分布，使球面波变为近似的平面波，提高天线辐射效率； 2)、天线的馈电传输线采用切比雪夫渐变带状线，其在相当宽的频带范围内反射系数较小，具有较为理想的阻抗匹配效果，能够有效增加工作带宽。
2.根据权利要求1所述的高增益宽频带介质透镜Vivaldi天线,其特征在于:槽线中间引入相等间距、不同长度的高介电常数的介质条带构成的介质透镜，选取合适的介质条带的间距与长度，采用切比雪夫渐变带状线作为天线的馈电部分。
【文档编号】H01Q19/06GK203674385SQ201320392237
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】袁洪, 吴志锋, 徐勤 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所