超宽带异面Vivaldi接收天线的设计与研究

1引言

Vivaldi天线是Gibson 于1979年提出一种行波天线，它由较窄的槽线过渡到较宽的槽线构成，槽线呈指数规律变化，将介质板上的槽线宽度逐渐加大，形成喇叭口向外辐射或向内接收的电磁波。在不同的频率上，它的不同部分发射或接收电磁波，而各个辐射部分相对于对应的不同频率信号的波长电长度是不变的，因此理论上讲，它有很宽的频带，并在这个频率范围内具有相同的波束宽度。该天线的几何参数多，特别是馈电结构的设计是技术难点，国内外参考文献的馈电结构设计只是停留在实验设计阶段。

由Vivaldi天线组成天线阵列的单元具备宽带的性能,可以实现超宽带阵列,与其他天线相比,如加脊喇叭、螺旋天线、对数周期天线、开槽天线等等.Vivaldi天线由于其微带结构适合于集成化,因此在今天得到了广泛的使用.

作为阵列单元使用的山天线也具有优良的性能,可以由它们组成单极化和双极化的阵列,用于宽带天线阵列或宽频带宽扫描角的相控阵中。同时由于天线是一种结构简单的平面天线,可以用印刷技术将它与其他模块集成为一体,所以它被用于各种测量接收系统中,用来探测频率带宽较宽的电磁波信号。

天线的辐射是端射式的,电场矢量平行于介质基板,在它的两个主要的辐射面上辐射场是线性极化的,在面和面之间的平面上是椭圆极化。它的辐射场在面和面有几乎相同的波束宽度,具有很好的对称性,很低的旁瓣和交叉极化电平。

Langley等人研制了一种由带状线馈电的双面对称结构的Vivaldi天线。另外，Linardou等人提出了利用共面波导馈电的Vivaldi天线。在国内对其研究仅停留在改进设计阶段，并没有从理论层面上分析Vivaldi天线各个参数对天线性能的影响。

2Vivaldi天线的分析

Vivaldi天线属于行波天线，目前还没有成熟有效的设计理论用来优化设计，但一些基于时域有限差分法的仿真软件是可以较精确建模行波天线的，如CSTMicrowaveStudio。

图1接收天线结构图

如图1所示，开槽天线的两页金属位于介质基片的两面，与普通的共面vivaldi天线不同。介质采用，厚度,的基片，纵向取为y轴，横向取为x轴，金属部分中间的对数渐变曲线为C1，外侧对数渐变曲线为C2，方程如下曲线：

（1）

曲线：

（2）