專利名稱：一種Vivaldi天線陣列的制作方法
技術領域：
本發明屬于電磁場與天線技術領域,具體涉及一種寬頻帶小型化Vivaldi天線的設計。
背景技術：
Vivaldi天線是Gibson提出的一種端射行波天線,它是由較窄的槽線過渡到較寬的槽線構成的。槽線呈指數規律變化，將介質板上的槽線寬度逐漸加大，形成喇叭口向外輻射或向內接收電磁波。在不同的頻率上，它的不同部分發射或接收電磁波，而各個輻射部分相對于對應的不同頻率信號的波長的電長度是不變的，所以理論上講，它有很寬的頻帶。但是由于其設計上的一些限制，比如其輻射槽線長度應該大于λ ^，槽線開口寬度要大于λ c/2 (入^為最低工作頻率的自由空間波長)，使其尺寸過大，例如，當天線工作在最低工 作頻率為IGHz時，對應的波長為30厘米，從而天線的長度應該大于30厘米，槽線開口寬度大于15厘米，這樣尺寸的天線就不易安裝在小型化的裝置中，給天線設計者帶來更大的挑戰。眾所周知，天線的尺寸將直接影響天線的性能，如帶寬、增益等。通過Q值，也可以將天線的尺寸和天線工作帶寬聯系起來，天線的Q值越小，天線的帶寬也就越大，但是隨著天線的尺寸減小，天線的Q值存在著理論上的極限，其值與天線的尺寸有關，因此隨著天線尺寸的減小，天線的Q值在增加，天線的理論帶寬也就隨之減小，即超寬帶與小型化不能同時滿足，必須在其中取得權衡。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有的Vivaldi天線在超寬帶與小型化之間出現的矛盾，提出了一種Vivaldi天線陣列。本發明的技術方案是一種Vivaldi天線陣列，具體包括偶數個Vivaldi天線、金屬柱環、介質椎體和SMA接頭，其中，所述偶數個Vivaldi天線均勻地、垂直地設置于金屬柱環的外殼上；所述介質椎體置于金屬柱環的頂端；所述SMA接頭放置于金屬柱環的內壁，內芯穿過金屬柱體與Vivaldi天線的反饋微帶線的一端連接,反饋微帶線的另一端通過金屬化的通孔連接天線的地平面，SMA接頭的外殼連接金屬柱環。進一步的，所述的Vivaldi天線具體為單極Vivaldi天線。更進一步的,所述單極Vivaldi天線的末端集成一個電阻。本發明的有益效果本發明的單極Vivaldi天線陣列充分利用金屬圓柱環的金屬外殼，選擇單極的Vivaldi結構作為金屬圓柱環外殼上的天線，并且在天線末端集成一個電阻，具有極寬的工作帶寬，更小的尺寸，受介質椎體的反射影響很小，并且具有一定的端射特征等優點，結構簡單，易于生產。


圖I本發明提供的單極Vivaldi天線平面圖。
圖2本發明提供的天線陣列平面圖。圖3本發明提供的天線端口匹配示意圖。圖4 本發明提供的單極 Vivaldi 天線陣列在 2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz和14GHz頻點處輻射方向圖。
具體實施例方式為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步的說明本發明的Vivaldi天線陣列,具體包括偶數個Vivaldi天線、金屬柱環、介質椎體和SMA接頭，其中，所述偶數個Vivaldi天線均勻地、垂直地設置于金屬柱環的外殼上，每個 天線單元連接一個SMA接頭，形成多端口饋電陣列結構；所述介質椎體置于金屬柱環的頂端；所述SMA接頭放置于金屬柱環的內壁，內芯穿過金屬柱體與Vivaldi天線的反饋微帶線的一端連接，外殼連接金屬柱環，反饋微帶線的另一端通過金屬化的通孔連接天線的地平面。這里Vivaldi天線的個數一般取4 8，可以根據實際需要進行選取。為了克服介質椎體影響比較大的問題，這里具體采用單極Vivaldi天線。金屬柱環可以根據實際需要采取各種形狀，比如金屬圓柱環、金屬橢圓柱環、金屬方形柱環等。這里的偶數個天線單元均為雙面介質覆銅板的印刷天線，其結構簡單、加工制作簡單易行、成本低廉，適合大規模工業化生產。圖I給出了建議的Vivaldi天線結構圖，在此采用的是金屬圓柱環。圖中短的黑色微帶線為反饋微帶金屬貼片，其一端與金屬圓柱體內部的SMA接頭內芯相連，另一端通過金屬化介質通孔連接天線的地平面，地平面的內外邊緣按照指數曲線變化，其中內邊緣指數曲線與金屬圓柱體外殼形成輻射槽線，控制著天線的輻射波束方向。由于天線的地平面內外邊緣分別按照指數曲線變化，從而使得此結構比僅有內邊緣按照指數曲線變化結構有更高的方向性或更短的尺寸。此天線通過反饋微帶線耦合縫進行饋電，通過指數曲線槽線輻射，形成端射的輻射方向圖。為了使天線單元具有小的尺寸和極寬工作帶寬，并且保持端射輻射特征，在單極的Vivaldi天線的末端集成一個電阻，所述電阻的阻值為50 500歐姆，在本實施中，阻值取100歐姆，此電阻占用的空間較小，從而基本不影響短路微帶線的反射功能。圖2中，2a為陣列側面圖，2b為陣列頂觀察示意圖。此天線陣列由六個相同的單元(其介質板材料為Rogers R04003)均勻地分布在一個20厘米直徑的金屬圓柱環的外殼上，并被設計工作在lGHz-18GHz頻率范圍內。Vivaldi天線介質板的厚度會影響最終的帶寬，這里選取Vivaldi天線介質板的厚度等于或小于O. 5毫米。天線陣列包括六個相同的天線單元、一個長為I米的金屬圓柱環、厚度為5毫米的介質錐體和六個SMA接頭，天線單元的末端用微帶線短接到金屬圓柱體外殼上，此微帶線起著反射器的作用。所述的介質圓椎體長度為30厘米，其底面半徑與金屬圓柱環的半徑相等，介質椎體的母線為拋物線。由于天線具有垂直極化特征，因此介質椎體對天線陣列的端射輻射特性的影響很小，因此在E平面的主束方向偏離金屬圓柱環軸線方向的夾角很小，基本可以忽略不計。以圖I和圖2所示尺寸的寬頻帶小型化天線陣的駐波比(VSWR)變化曲線如圖3所示。該天線陣的駐波比VSWR < 2. I的帶寬為I. 45GHz-18. 7GHz，而每個單元的尺寸僅僅30mmX 60. 5mm,對應的介質板高度遠小于人。/2,長度遠小于人。(其中入Q 206. 9毫米,對應為天線最低諧振頻率I. 45GHz的真空中的波長)。以圖I和圖2所示尺寸的寬頻帶小型化天線陣列工作于2GHz，4GHz，6GHz，8GHz，IOGHz，12GHz和14GHz時的電場方向圖(歸一化到最大電場值)，如圖4所示，4al、4bI、4cI、4dl、4el、4fl、4gl 分別表示 2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz 和 14GHz 的各頻點的 E 面方向圖，4a2、4b2、4c2、4d2、4e2、4f2、4g2 分別表示 2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz 和14GHz的各頻點的H面方向圖，其中，點劃線Etc表示電場的O分量，實線Ee表示電場的0分量。從各頻點的E面(x-z平面)和H平面(y-z平面)方向圖可以看出，所述天線陣列具有端射輻射性能，并且有寬的3dB波束寬度。本發明的寬頻帶小型化Vivaldi天線可以根據不同的使用環境調整所述天線的尺寸。因此，本發明實用性很廣，可以應用到需要端射輻射要求的環境中，比如可以安裝在導彈、飛機等飛行器的金屬表面。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種Vivaldi天線陣列，具體包括:偶數個Vivaldi天線、金屬柱環、介質椎體和SMA接頭，其中，所述偶數個Vivaldi天線均勻地、垂直地設置于金屬柱環的外殼上；所述介質椎體置于金屬柱環的頂端；所述SMA接頭放置于金屬柱環的內壁，內芯穿過金屬柱體與Vivaldi天線的反饋微帶線的一端連接，反饋微帶線的另一端通過金屬化的通孔連接天線的地平面，外殼連接金屬柱環。
2.根據權利要求I所述的Vivaldi天線陣列,其特征在于,所述的Vivaldi天線具體為單極Vivaldi天線。
3.根據權利要求2所述的Vivaldi天線陣列,其特征在于,所述的Vivaldi天線的短路微帶線集成一個電阻。
4.根據權利要求I所述的Vivaldi天線陣列,其特征在于,所述Vivaldi天線的數目為4—8 ο
5.根據權利要求I所述的Vivaldi天線陣列，其特征在于，所述介質椎體的厚度為5毫米。
6.根據權利要求I所述的Vivaldi天線陣列，，其特征在于,所述Vivaldi天線介質板的厚度等于或低于O. 5毫米。
7.根據權利要求I或5所Vivaldi天線陣列，其特征在于，所述介質椎體的底面半徑與金屬柱體環的半徑相等，并且介質椎體的母線為拋物線。
8.根據權利要求3所述的Vivaldi天線陣列，其特征在于，所述電阻的阻值在50 500歐姆范圍。
9.根據權利要求I至8任一項權利要求所述的Vivaldi天線陣列，其特征在于，所述的金屬柱環為金屬圓柱環。
全文摘要
本發明公開了一種Vivaldi天線陣列，具體包括偶數個Vivaldi天線、金屬柱環、介質椎體和SMA接頭，其中，所述偶數個Vivaldi天線均勻地、垂直地設置于金屬柱環的外殼上；所述介質椎體置于金屬柱環的頂端；所述SMA接頭放置于金屬柱環的內壁，內芯穿過金屬柱體與Vivaldi天線的反饋微帶線的一端連接，反饋微帶線的另一端通過金屬化的通孔連接天線的地平面，外殼連接金屬柱環。本發明的天線陣列采用單極的Vivaldi天線作為天線單元；并且一個電阻被集成到天線的末端，實現了小型化和寬頻帶的特性；由于采用了單極的結構，介質圓錐體對天線輻射電磁波的反射影響較小，保持了端射的性能。
文檔編號H01Q9/30GK102969557SQ20121036953
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者文光俊, 王平 申請人:電子科技大學