X频段Vivaldi天线简单设计方案

　　TSA可以设计为多种渐变形式。平面TSA有两个共同特征：辐射槽作为天线地平面及天线由平衡槽线馈电。设计平面TSA中的难题包括采用在天线中采用低介电常数基板材料和达到适当的槽线阻抗匹配。通过采用低介电常数基板材料，能得到相对高的槽线阻抗。这样，如果采用微带馈电，要达到阻抗匹配就很难。因此，从微带到槽的转换将会限制TSA的工作带宽。

　　已进行过支撑材料弯曲对不同类型TSA的影响的试验研究。实验表明，渐变形式的弯曲对增益、束宽和TSA带宽影响巨大。实际上，馈电一般决定了高频限，而孔径尺寸决定了低频限。因此，要使TSA带宽最大化，合理设计馈电结构很关键。虽然微波集成电路(MIC)一般用微带实现，但槽线仍是TSA馈电的最佳传输媒介。从微带到槽线的转换应紧凑并有损失，以便将来自天线的微波信号耦合到平面微带电路。可以采用多种馈电技术，最常用的方法是同轴馈电线和微带馈电线。

　　关于Vivaldi天线选择采用微带到槽线转换的优势将在本系列文章的下一部分详细说明。

　　本系列文章的上一部分说明了Vivaldi天线如何在微波频率下提供杰出的方向传播性，下面将介绍Vivaldi天线选择采用微带到槽线转换的优势所在。

　　与其它馈电机制相比，从微带到槽线的转换具有许多优点。这一转换可以简单地用常规光刻工艺制造。此外，双面印刷电路板(PCB)的制作可以一侧用微带，另一侧用槽线，以达到紧凑转换。本报告中Vivaldi天线就采用了这种转换类型(图3)。

　　微波PCB中广泛采用的微带线为非平衡线，虽然Vivaldi天线要求用槽线传输线馈电，槽线传输线为平衡线。非平衡到平衡传输所需要的不平衡变压器必须工作在至少两倍频程，甚至高达多倍频程。最好是，不平衡变压器与频率无关。 为说明TSA设计的有效性，从其它可能的设计中选择Vivaldi天线，因为对这一配置已经进行过大量的研究。无论设计哪种天线，电介质基板材料的选择都很关键。有很多基板材料可选，而其特性和介电常数差异很大。本实验性Vivaldi天线更适合在低电介常数基板上制作转换和Vivaldi天线，避免采用短钻孔。本实验天线用Rogers公司(www.rogerscorporation.com)的RO4003C基板材料制作，此材料的介电常数为3.38。采用安捷伦的ADS软件优化用于8GHz～12GHz的设计。

　　Vivaldi天线选择采用微带到槽线转换，因为与其它方法相比，此方法有许多优点。一个主要优点是这种转换可以方便地用常规照相蚀刻工艺制作，可以做成一侧用微带而另一侧用槽线的双面PCB。

　　Kayani等在2005年提出了一种简单的集成Vivaldi天线。其单面设计采用了带线到槽线耦合，如图4。这一设计的最大优点是，与对踵Vivaldi天线相比，可以更小。此外，因为天线尺寸小，采用计算机辅助设计(CAE)软件工具时，仿真时间相对要短。图4为工作在8GHz～12GHz频率的双面Vivaldi天线示意图，长度为7.48cm，宽为2.08cm。微带线的宽度为0.29cm。圆形槽端的直径为1cm，槽线间隙为0.08cm。