一种vivaldi天线的制作方法
【专利摘要】本公开提供了一种VIVALDI天线。该天线包括第一臂；第二臂，其中所述第一臂和所述第二臂在它们的底部通过谐振环进行连接；以及同轴电缆，所述同轴电缆的内导体与所述第一臂相连接，且所述同轴电缆的外导体与所述第二臂相连接。
【专利说明】
—种VIVALDI天线
技术领域
[0001]本公开涉及天线，尤其涉及VIVALDI天线。
【背景技术】
[0002]天线在低频段工作时，有很多情况是需要宽角扫描的，这就要求在天线扫描的过程中天线的增益下降不能过快，因此就要使天线具有宽频带的特性。
[0003]VIVALDI天线即是一种宽频带天线。然而，现有的设计大多数采用的是微带线的结构方式;而且对于米波波段而言，天线阵面整体密封风阻大，实施起来比较困难，所以需要暴露在空气使用中的VIVALDI天线自身需要有良好的密封防水性能。此外，例如，天线阵在波束扫描进行信号探测时，单元的尺寸应尽量做小，否则组成天线阵后单元与单元之间互耦会很大，最终影响天线阵波束扫描性能，严重时会导致天线阵无法使用。因此，在低频段(例如，米波)应用时，VIVALDI天线尺寸过大，还存在着防腐蚀和减重问题。
[0004]本公开针对但不限于上述诸多因素进行了改进。
【实用新型内容】
[0005]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0006]本公开提供了一种VIVALDI天线。该天线包括第一臂；第二臂，其中所述第一臂和所述第二臂在它们的底部通过谐振环进行连接；以及同轴电缆，所述同轴电缆的内导体与所述第一臂相连接，且所述同轴电缆的外导体与所述第二臂相连接。
[0007]根据本公开的一实施例，所述VIVALDI天线的所述第一臂、所述第二臂以及所述谐振环是全金属结构的。
[0008]根据本公开的另一实施例，所述同轴电缆贯穿所述第二臂、经过所述第一臂和所述第二臂之间的间隔、到达所述第一臂，以使其内导体与所述第一臂相连接。
[0009]根据本公开的又一实施例，所述第一臂、所述第二臂以及所述谐振环是一体成型的。
[0010]根据本公开的又一实施例，所述第一臂和所述第二臂是彼此轴对称的。
[0011]根据本公开的又一实施例，所述第一臂、所述第二臂上存在通孔。
[0012]根据本公开的又一实施例，所述通孔是多个通孔。在一实施例中，所述多个通孔是按维持所述第一臂、所述第二臂的整体结构强度的方式来在所述第一臂、所述第二臂上制作的。
[0013]根据本公开的又一实施例，所述同轴电缆在所述第二臂上的通孔处贯穿所述第二臂、经过所述第一臂和所述第二臂之间的间隔、到达所述第一臂，以使其内导体与所述第一臂相连接。
[0014]根据本公开的又一实施例，所述谐振环的周长是取决于所需天线的性能计算得到的。
[0015]根据本公开的又一实施例，其特征在于，所述谐振环的形状为矩形。
[0016]根据本公开的又一实施例，所述第一臂、所述第二臂的轮廓、厚度、尺寸是取决于所需天线的性能计算得到的。
[0017]根据本公开的又一实施例，所述第一臂、所述第二臂以及所述谐振环的材料为铜。
【附图说明】
[0018]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
[0019]图1是现有技术的VIVALDI天线的示意图；
[0020]图2是根据本公开的一实施例的示例VIVALDI天线的三维透视示意图；
[0021 ]图3是根据本公开的另一实施例的示例VIVALDI天线的三维透视示意图；
[0022]图4是根据本公开的又一实施例的示例VIVALDI天线的示意图；以及
[0023]图5示意性地示出了根据本公开的一实施例的示例VIVALDI天线的、相对带宽在电压驻波比小于等于1.7的条件下的仿真结果。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
[0025]图1是现有技术的VIVALDI天线100的示意图。
[0026]如图所示，常规VIVALDI天线100是介质基板双面印刷天线。介质基板正面是带指数渐变槽线、等宽度槽线以及圆形谐振腔的金属层101;背面为微带馈线和扇形微带短截线组成的馈电结构102，如图1中的虚线部分所示。从图1中可以看到，传统VIVALDI天线是使用介质板103和微带线组合102进行馈电设计，需要附加的密封防水材料来对该天线进行密封并且难以制造。此外，本领域技术人员还可以明白，现有技术中采用的这一介质板在低频带应用时尺寸过大，从而导致重量、风阻都很大且防腐蚀性差。
[0027]图2是根据本公开的一实施例的示例VIVALDI天线200的三维透视示意图。
[0028]如图2所示，天线200包括第一臂201、第二臂202以及同轴电缆203。在一示例中，第一臂201和第二臂202在它们的底部通过谐振环204进行连接。根据本公开的一实施例，同轴电缆203的内导体与第一臂201相连接，且同轴电缆203的外导体与第二臂202相连接。
[0029]从图2可以看到，在该实施例中，同轴电缆203贯穿第二臂202、经过第一臂201和第二臂202之间的间隔、到达第一臂201，以使其内导体与第一臂201相连接。本领域技术人员可以明白，同轴电缆203的内导体和外导体可以通过各种方式分别连接到天线200的第一臂201和第二臂202。例如，在一实施例中，同轴电缆的内导体进入第一臂201而没有贯穿第一臂201。另外，在一实施例中，可以采用法兰在同轴电缆203贯穿第二臂202的出入口处将同轴电缆203固定到第二臂202(这一示例可以在以下图4中更清楚地看到)。或者，可以通过焊接、卡扣、粘合等等各种其他方式来作出连接。
[0030]根据本公开的一实施例，代替现有技术的双面印刷的介质基板，天线200的第一臂201、第二臂202以及谐振环204是全金属结构的。本领域技术人员可以明白，第一臂201、第二臂202以及谐振环204可以是任何合适的金属，例如铜、铝、各种合金，等等。
[0031]根据本公开的又一实施例，天线200的第一臂201、第二臂202以及谐振环204是一体成型的。例如，第一臂201、第二臂202以及谐振环204可被一体浇铸、塑造、或从金属板上剪出，等等。如此，天线200制造起来非常方便并且结构可靠。
[0032]根据本公开的又一实施例，天线200的谐振环204的周长是取决于所需天线的性能计算得到的。在一示例中，在确定了谐振环204的周长之后，谐振环204的形状可以是任意环形，如圆环、不规则环形、矩形、正方形，等等。根据本公开的又一实施例，谐振环204的形状为矩形以便于安装。
[0033]在本公开的又一实施例中，如本领域技术人员可明白的，天线200的第一臂201和第二臂202的轮廓、厚度、尺寸、它们之间的间隔205等等是取决于所需天线的性能计算得到的。
[0034]在一实施例中，天线200的工作原理为射频能量经同轴电缆203的输入端口馈到天线200的第一臂201，经底部谐振环204将能量传递给天线200的第二臂202，由于谐振环204的作用，天线200产生谐振，能量经天线200的指数渐变间隔205辐射到自由空间。
[0035]图3是根据本公开的另一实施例的示例VIVALDI天线300的三维透视示意图。根据本公开的一实施例，天线300的第一臂301、第二臂302以及谐振环304是全金属结构的。与图2所示的天线200不同，如图3所示，为减轻天线的重量、风阻，天线300的第一臂301和第二臂302上分别存在通孔305和306。本领域技术人员可以明白，虽然图3示出了通孔305、306是圆形通孔，但通孔305、306可以是任意形状，例如矩形、椭圆形、六边形、不规则形状，等等。
[0036]另外，从图3可以看到，在该实施例中，同轴电缆303在远离通孔306的位置处贯穿第二臂302、经过第一臂301和第二臂302之间的间隔、到达第一臂301，以使其内导体与第一臂301相连接。然而，本领域技术人员可以明白，同轴电缆303贯穿第二臂302的位置可以是任何合适的位置(其另一示例在图4中示出)。
[0037]图4是根据本公开的又一实施例的示例VIVALDI天线400的示意图。
[0038]根据本公开的一实施例，天线400的第一臂401、第二臂402以及谐振环404是全金属结构的。如图4所示，天线400的第一臂401和402包括多个通孔并且因而是网状结构。在一示例中，该多个通孔是按维持第一臂401、第二臂402的整体结构强度的方式来在第一臂401、第二臂402上制作的。例如，如图4所示，臂401、402中存在较宽大的横向结构405、406和竖向结构407、408以及较宽大的轮廓，使得这两个臂的整体结构强度得到保持，更加稳定。然而，本领域技术人员可以明白，这并非是必需的。
[0039]此外，本领域技术人员可以明白，尽管图4中的通孔被示为由水平和竖直金属结构构成的多边形，这些通孔也可以是任何其他形状，如圆形、不规则形状，等等。如此，通过在天线400的两臂上制作多个通孔，可大大减轻天线的重量，同时有效地降低天线的风阻。
[0040]另外，在一实施例中，同轴电缆403在第二臂402上的一个通孔处贯穿第二臂402、经过第一臂401和第二臂402之间的间隔、到达第一臂401，以使其内导体与第一臂401相连接。例如，如图4所示，同轴电缆403在第二臂402上的一个通孔处贯穿第二臂402、经过第一臂401和第二臂402之间的间隔、到达并贯穿第一臂401的对称通孔的一个壁。本领域技术人员可以明白，同轴电缆403也可以在任何其他合适的位置处贯穿第二臂402或连接到第一臂401。
[0041]在一实施例中，如图4所示，同轴电缆可通过法兰固定到天线壁上。然而，本领域技术人员可以明白，可以使用各种方式来固定同轴电缆。
[0042]此外，在一实施例中，图2-4中示出的天线的两个臂是彼此轴对称的结构。例如，如图2所示，第一臂201、第二臂202是相对于图2中的垂直轴(S卩，第一臂201与第二臂202之间的间隔的中心轴，z轴)对称的。
[0043]本领域技术人员可以明白，图3-4中示出的通孔的数量以及在臂上的分布仅是出于示例的目的，天线臂上还可以存在各种其他数量和分布的通孔。
[0044]本领域技术人员可以明白，在以上描述中，“第一臂”和“第二臂”仅仅是用于区别天线的不同的臂;在本文中，第一臂和第二臂可互换地使用。
[0045]需要注意的是，尽管图2-4中所示的天线的两臂具有特定的形状和结构，但本领域技术人员可以明白，这些仅是示例性的，天线两臂可取决于所需天线的性能来通过计算得到任何合适的形状和结构。
[0046]图5示意性地示出了根据本公开的一实施例的示例VIVALDI天线的、相对带宽在电压驻波比小于等于1.7的条件下的仿真结果。如图所示，中心频率为75MHZ，相对带宽可达53.3% ([(95-55)/(95+55) ]*2 = 53.3%) ο
[0047]提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
【主权项】
1.一种VIVALDI天线，包括: 第一臂； 第二臂，其中所述第一臂和所述第二臂在它们的底部通过谐振环进行连接；以及同轴电缆，所述同轴电缆的内导体与所述第一臂相连接，且所述同轴电缆的外导体与所述第二臂相连接。2.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述VIVALDI天线的所述第一臂、所述第二臂以及所述谐振环是全金属结构的。3.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述同轴电缆贯穿所述第二臂、经过所述第一臂和所述第二臂之间的间隔、到达所述第一臂，以使其内导体与所述第一臂相连接。4.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述第一臂、所述第二臂以及所述谐振环是一体成型的。5.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述谐振环的周长、所述第一臂和所述第二臂的轮廓、厚度、尺寸是取决于所需天线的性能计算得到的。6.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂是彼此轴对称的。7.如权利要求1所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述第一臂、所述第二臂上存在通孔。8.如权利要求7所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述通孔是多个通孔。9.如权利要求8所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述多个通孔是按维持所述第一臂、所述第二臂的整体结构强度的方式来在所述第一臂、所述第二臂上制作的。10.如权利要求7所述的VIVALDI天线，其特征在于，所述同轴电缆在所述第二臂上的通孔处贯穿所述第二臂、经过所述第一臂和所述第二臂之间的间隔、到达所述第一臂，以使其内导体与所述第一臂相连接。
【文档编号】H01Q1/50GK205429151SQ201620271754
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】不公告发明人
【申请人】深圳光启高等理工研究院