梁青 董闖 商鋒

摘要：該文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于北斗頻段采用帶狀線(xiàn)巴倫饋電結(jié)構(gòu)的Vivaldi天線(xiàn)。在天線(xiàn)結(jié)構(gòu)中，加入了短路銷(xiāo)釘，采用橫向扼流槽的結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種微帶、帶狀線(xiàn)之間的轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行阻抗的匹配，實(shí)現(xiàn)了北斗頻段內(nèi)具有穩(wěn)定的半功率波瓣寬度。采用中心饋電，實(shí)現(xiàn)了天線(xiàn)方向圖的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，而采用雙層結(jié)構(gòu)，改善了雙層陣元之間的互耦效應(yīng)。測(cè)試結(jié)果顯示北斗頻段內(nèi)駐波匹配良好，增益最大可以達(dá)到9dB。

關(guān)鍵詞：Vivaldi；阻抗匹配；帶狀線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN822.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0038-03

1引言

指數(shù)漸變天線(xiàn)即Vivaldi天線(xiàn)，是上個(gè)世紀(jì)被Gibson等人提出，該天線(xiàn)具有寬帶特性，波束對(duì)稱(chēng)，以及較高增益，尺寸小易加工，因此廣泛應(yīng)用于超寬帶陣列天線(xiàn)之中。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的指數(shù)漸變天線(xiàn)，一般采用單面金屬片、不對(duì)稱(chēng)微帶巴倫進(jìn)行饋電，這就造成了單面金屬片在組陣時(shí)，會(huì)造成陣元之間的互耦。不對(duì)稱(chēng)的饋電更是造成了方向圖的不對(duì)稱(chēng)。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的Vivaldi天線(xiàn)，是針對(duì)傳統(tǒng)的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用雙面板的金屬貼片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶狀線(xiàn)饋電，將饋電中心移至中心位置達(dá)到方向圖的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。

2天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

2.1傳統(tǒng)Vivaldi天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

2.2改進(jìn)型Vivaldi天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

Vivaldi天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，天線(xiàn)整體結(jié)構(gòu)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，帶狀線(xiàn)兩面為金屬貼片，饋電位置在介質(zhì)板中間，加人金屬化孔，橫向扼流槽，饋電巴倫來(lái)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的匹配。在饋電巴倫中，將四分之波長(zhǎng)線(xiàn)變?yōu)樯刃谓Y(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)匹配，改善駐波，實(shí)現(xiàn)寬頻帶的匹配，提高天線(xiàn)的耦合效率。扼流槽通過(guò)切割電流實(shí)現(xiàn)寬帶內(nèi)的匹配。降低陣元之間的耦合度，改善陣列的方向圖。

介質(zhì)板中間設(shè)計(jì)了一段阻抗變換微帶線(xiàn)，將阻抗變換到50歐，設(shè)計(jì)了同軸、微帶和帶狀線(xiàn)的轉(zhuǎn)換裝置，切掉部分金屬和介質(zhì)基板，既方便了與同軸的連接和固定兩塊介質(zhì)板，又可起到調(diào)節(jié)駐波的作用。

3仿真與加工測(cè)試

3.1仿真設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的Vivaldi天線(xiàn)的示意圖，如圖1所示，天線(xiàn)尺寸見(jiàn)表1所示（單位：mm）。其中帶狀線(xiàn)和金屬輻射器結(jié)構(gòu)為厚度為0.036mm的銅，介質(zhì)基板采用介電常數(shù)為2.65，損耗正切角tanδ=0.004的微波復(fù)合材料。反射板選擇金屬鋁板。

根據(jù)天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸，利用相應(yīng)材料對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的建模仿真設(shè)計(jì)。如圖3所示。

Vivaldi天線(xiàn)為線(xiàn)極化天線(xiàn)，上圖為天線(xiàn)E面方向圖，從仿真結(jié)果中可以看出天線(xiàn)正前方增益最大可以達(dá)到9dB以上，如表2所示。

3.2加工實(shí)測(cè)

根據(jù)最優(yōu)的仿真結(jié)果表1中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖的繪制，實(shí)物如圖6。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行回波損耗的測(cè)量，從測(cè)試結(jié)果中得知，在北斗頻點(diǎn)天線(xiàn)匹配良好，|Ssub>11