vivaldi天线的制作方法

本实用新型涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种vivaldi天线。

背景技术：

传统近场测量受限于探头天线的频段窄，只有一种极化，这些不足导致进场测量繁琐、效率低下。为了实现快速高精度的近场测试，宽频带双极化探头天线正在被大量地应用在近场测量中。为了实现在宽频带内的阻抗匹配在天线辐射臂上加载贴片电阻，这样会导致天线效率与天线增益的降低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种增益高、效率高、辐射稳定的vivaldi天线。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种vivaldi天线，其特征在于：包括大小相同的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和第二天线单元包括天线介质板和辐射贴片，所述第一天线单元上的介质层的中间的上侧从上到下开设有第一槽口，所述第一天线单元上的辐射贴片以所述第一槽口为对称轴对称的设置在所述介质层的上表面；所述第二天线单元上的介质层的中间的下侧从下到上开设有第二槽口，所述第二天线单元上的辐射贴片以所述第二槽口为对称轴对称的设置在所述介质层的上表面，且所述第一天线单元上的辐射贴片的图形与第二天线单元上的辐射贴片的图形相同；所述第一槽口长度与第二槽口长度之和与所述天线介质板的长度相同，所述第一槽口的宽度以及第二槽口的宽度与所述天线介质板的厚度相同，第一天线单元与第二天线单元连接到一起时，第一槽口下方的介质层插入到第二槽口内，第二槽口上方的介质层插入到第一槽口内，使第一天线单元与第二天线单元呈正十字交叉连接在一起。

进一步的技术方案在于：所述辐射贴片包括对称设置的左辐射贴片部分和右辐射贴片部分，所述左辐射贴片部分包括下辐射贴片、中辐射贴片以及第一上辐射贴片，所述下辐射贴片与中辐射贴片之间保持有间隔并通过第一加载电阻连接，所述中辐射贴片与第一上辐射贴片之间通过第二加载电阻连接，所述第一上辐射贴片的外侧设置有与其连接的第二上辐射贴片。

进一步的技术方案在于：所述下辐射贴片、中辐射贴片以及第一上辐射贴片的内边缘的曲线为指数渐变曲线。

进一步的技术方案在于：所述第二上辐射贴片的整体为类半圆形。

进一步的技术方案在于：所述加载电阻的电阻值为100欧姆。

进一步的技术方案在于：所述天线介质板使用介电常数为2.55的聚四氟乙烯进行制作。

进一步的技术方案在于：所述天线介质板的厚度为1.5mm，辐射贴片的厚度为0.035mm。

进一步的技术方案在于：所述下辐射贴片的上、下侧为水平线，且下辐射贴片的外侧为竖直线，下辐射贴片上的上、下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角梯形的辐射贴片；所述中辐射贴片的上、下侧为水平线，且中辐射贴片的外侧为竖直线，中辐射贴片上的上、下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角梯形的辐射贴片；所述第一上辐射贴片的下侧为水平线，且第一上辐射贴片的外侧为竖直线，第一上辐射贴片上的下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角三角形的辐射贴片。

进一步的技术方案在于：所述天线还包括巴伦结构，所述巴伦结构包括位于天线介质板上表面的输入端微带线和输出端微带线，所述输入端微带线从所述天线介质板上表面的左侧或右侧边缘朝向所述天线单元的中间横向延伸，且所述输入端微带线的内侧端部与所述天线介质板下表面的共面波导的信号线之间通过金属化通孔进行连接，所述天线介质板的下表面还设置有共面波导的U型接地线，所述信号线位于所述U型接地线的开口内，所述输入端微带线与所述输出端微带线之间保持有间隔，且所述输出端微带线为T型，输出端微带线与所述U型接地线的两个自由端之间通过金属化通孔进行连接，所述输出端微带线靠近所述天线单元内侧的一端延伸到所述第一天线单元或第二天线单元上的辐射贴片上，进行耦合激励。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述天线采用创新性的结构形式，优化了天线的辐射特性；运用综合手段进行加载实现小型化，与常规手段相比尺寸减小50%以上；增益适中，通过PCB工艺，加工方便，便于集成。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例中所述第一天线单元的主视结构示意图（没有巴伦结构）；

图2是本实用新型实施例中所述第二天线单元的主视结构示意图（没有巴伦结构）；

图3是本实用新型实施例中所述第一天线单元的主视结构示意图（具有巴伦结构）；

图4是本实用新型实施例中所述天线的立体结构示意图；

图5是本实用新型实施例中所述巴伦结构的透视图；

其中：1、第一天线单元2、第二天线单元3、天线介质板4、第一槽口5、第二槽口6、下辐射贴片7、中辐射贴片8、第一上辐射贴片9、第一加载电阻10、第二加载电阻11、第二上辐射贴片12、巴伦结构13、输入端微带线14、输出端微带线15、信号线16、金属化通孔17、U型接地线。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-4所示，本实用新型实施例公开了一种vivaldi天线，其特征在于：包括大小相同的第一天线单元1和第二天线单元2，所述第一天线单元1和第二天线单元2包括天线介质板3和辐射贴片。所述第一天线单元1上的介质层的中间的上侧从上到下开设有第一槽口4，所述第一天线单元1上的辐射贴片以所述第一槽口4为对称轴对称的设置在所述介质层的上表面；所述第二天线单元2上的介质层的中间的下侧从下到上开设有第二槽口5，所述第二天线单元2上的辐射贴片以所述第二槽口5为对称轴对称的设置在所述介质层的上表面，且所述第一天线单元1上的辐射贴片的图形与第二天线单元2上的辐射贴片的图形相同；所述第一槽口4长度与第二槽口5长度之和与所述天线介质板3的长度相同，所述第一槽口4的宽度以及第二槽口5的宽度与所述天线介质板3的厚度相同；第一天线单元1与第二天线单元2连接到一起时，第一槽口4下方的介质层插入到第二槽口5内，第二槽口5上方的介质层插入到第一槽口4内，使第一天线单元1与第二天线单元2呈正十字交叉连接在一起。

进一步的，如图1-图3所示，所述辐射贴片包括对称设置的左辐射贴片部分和右辐射贴片部分。所述左辐射贴片部分包括下辐射贴片6、中辐射贴片7以及第一上辐射贴片8，所述下辐射贴片6与中辐射贴片7之间保持有间隔并通过第一加载电阻9连接，所述中辐射贴片7与第一上辐射贴片8之间通过第二加载电阻10连接，所述第一上辐射贴片8的外侧设置有与其连接的第二上辐射贴片11。

所述下辐射贴片6、中辐射贴片7以及第一上辐射贴片8的内边缘的曲线为指数渐变曲线。指数渐变曲线由确定，其中p1(x1,y1)、p2(x2,y2)分别为渐变线的起点和终点，式中R为指数因子，c1和c2由下式计算：

指数曲线的渐变曲率R决定了vivaldi天线槽线渐变的趋势。R的取值对天线的阻抗匹配带宽存在重要影响。

所述第二上辐射贴片11的整体为类半圆形，在指数渐变曲线的终端设置有类半圆形（第二上辐射贴片）的不规则贴片，拓宽阻抗带宽，同时实现小型化设计；所述第一加载电阻9以及第二加载电阻10的阻值为100欧姆。所述天线介质板3使用介电常数为2.55的聚四氟乙烯进行制作，以实现天线的小型化；优选的，所述天线介质板的厚度为1.5mm，辐射贴片的厚度为0.035mm。

进一步的，如图1-图3所示，所述下辐射贴片6的上、下侧为水平线，且下辐射贴片6的外侧为竖直线，下辐射贴片6上的上、下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角梯形的辐射贴片；所述中辐射贴片7的上、下侧为水平线，且中辐射贴片7的外侧为竖直线，中辐射贴片7上的上、下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角梯形的辐射贴片；所述第一上辐射贴片8的下侧为水平线，且第一上辐射贴片8的外侧为竖直线，第一上辐射贴片8上的下侧水平线、外侧竖直线以及内侧曲线围成整体为直角三角形的辐射贴片。

如图5所示，所述天线还包括巴伦结构12，所述巴伦结构12包括位于天线介质板3上表面的输入端微带线13和输出端微带线14。所述输入端微带线13从所述天线介质板3上表面的左侧或右侧边缘朝向所述天线单元的中间横向延伸，且所述输入端微带线13的内侧端部与所述天线介质板3下表面的共面波导的信号线15之间通过金属化通孔16进行连接，所述天线介质板3的下表面还设置有共面波导的U型接地线17，所述信号线15位于所述U型接地线17的开口内。所述输入端微带线13与所述输出端微带线14之间保持有间隔，且所述输出端微带线14为T型，输出端微带线14与所述U型接地线17的两个自由端之间通过金属化通孔16进行连接，所述输出端微带线14靠近所述天线单元内侧的一端延伸到所述第一天线单元1或第二天线单元2上的辐射贴片上。

所述巴伦结构提出的过渡互联结构是微带线-共面波导-微带线过渡的结构。输入端微带线延伸一定长度后通过金属化通孔过渡结构与底层的共面波导的信号线连接实现第一次过渡，电磁场完全过渡为在介质板背面共面波导上传输。接下来共面波导继续延伸，之后，共面波导的接地线通过金属化通孔与位于介质板顶层的输出端微带线相连，通过这样的方式实现了第二次不同传输线之间的过渡。最终的结果是射频信号通过这个过渡结构后实现了相位的反相，而且同时输入和输出端口都是微带线结构并不影响该过渡结构在天线中的互联。

所述巴伦结构中所提出的过渡结构有将输入信号进行相位反转的作用。可以通过天线表面电流路径的多少来判断天线是否宽带，当天线表面电流路径多样化时，不同的电流路径对应于不同的工作频点，从而说明天线可以在宽频带上工作，所述Vivaldi天线能够提供多样化的、连续的电流路径，从而实现了很宽的带宽。另外，在设计天线时，还需要考虑馈电网络和天线的阻抗匹配问题。阻抗匹配的优劣对天线工作性能有很大的影响。Vivaldi天线的两个辐射贴片的输入阻抗和巴伦的两个输出端口阻抗都为120欧姆左右，理论上可以实现良好的阻抗匹配，这就很好地解决了宽带天线中馈电网络和天线的阻抗匹配问题。所设计的巴伦作为天线的馈电网络只占整个天线很小的一部分，尺寸很小，实现了小型化的要求，采用PCB工艺，具有结构简单、易集成、易加工，有良好的特性。

所述vivaldi天线能够覆盖0.4GHz-6GHz的频率范围，交叉极化耦合度小于-35dB，第一天线单元与第二天线单元之间呈正交十字排列，单元之间互耦很小，具有超宽带和双极化特性。在vivaldi天线设计时为了满足0.4GHz-6GHz的超宽带同时兼顾小型化要求，采用加载的方法，通过电阻加载（第一加载电阻和第二加载电阻）和加载高介电常数的介质，并在终端加载了类半圆形的不规则贴片（第二上辐射贴片），以牺牲天线增益为代价实现了天线带宽的展宽和尺寸的小型化。

所述第一天线单元1上的介质层的中间从上到下开设有第一槽口4，所述第二天线单元2上的介质层的中间从下到上开设有第二槽口5，第一槽口4与第二槽口5的长度之和与天线自身等长，宽度与天线介质基板厚度相当，只有这样将线极化的天线单元沿其轴线互补地截断，并分别调整各自馈线的位置使其恰好错开，才能将它们很好的嵌插在一起，处理好这种结构关系才不会影响天线的工作带宽和辐射性能。此外，所述天线用巴伦馈电的方式来对vivaldi天线的辐射贴片进行馈电，设计了一种新型超宽带巴伦结构，该巴伦是基于宽带过渡结构设计，可减小巴伦带宽对天线带宽的影响，性能良好，具有很好的应用前景。