2.3 Vivald i 天线的基本结构

 

Vivald i天线可以通过不同的馈电结构组成不同形式的宽频段天线。最传统的微带线馈电 Vivald i天线实物图如图2.1所示,图（a）是前视图，图（b）是背视图。

这种天线的结构并不复杂, 算起来一共有三层材料: 最上面一层是金属板, 在这金属板 中央挖出图2.2所示的缝隙结构（即槽线腔）。槽线主要由三部分组成, 第一部分是圆形槽线, 主要是令微带线阻抗匹配； 第二部分是矩形槽线,作用在于要和微带线相互耦合，决定电磁波 的传输情况； 第三部分是渐变槽线, 对电磁波的辐射起一个引导作用。第二层是介质板。最 底层是金属微带线( 虚线所示 ), 微带线为扇形终端结构, 主要起到终端负载匹配作用, 此 天线的馈电端通过微带线向槽线耦合馈电。

 

 

图 2.1 Vivald i 天线的实物图

已知常规的Vivald i天线构造由三部分组成:槽线腔、微带线和介质基板。其平面图如下 面的三幅图所示：

 

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图 2.2 Vivald i 天线的槽线腔

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 2.3 Vivald i 天线的渐变槽线腔

如图2.3，Vivald i天线的辐射区域是由槽线的较窄口径过渡到较宽口径；覆于介质板的 金属层上，槽线的口径宽度渐渐增大,经过形像喇叭口的区域向自由空间辐射、接收电磁波。 这整个辐射区域的不同部分实际上对应着不同的频率，即不同波长的电磁波由缝隙腔各个对应 部分来发射和接收。正因为如此,Vivald i天线的工作频带很宽,并且在其工作频率范围里，每 个频率点都有一样的波束宽度。

Vivald i槽线腔具体可细分为圆形槽线、矩形槽线和渐变槽线。其中，渐变槽线如图2.4 所示。Vivald i天线的槽线呈指数规律变化,公式是

y= （c1e +c2） （2-1）

其中, 上式中的参数R（即渐变线曲率）决定了天线的波束宽度,在x较大时, 指数曲线的 截断处能使天线工作频带范围内的电磁波辐射出去； 而在x较小时, 天线中的导波的能量会被 束缚在天线的导体之间。所以，槽线最大宽度设置为天线低频端的截止波长的二分之一, 而天 线的高频段的特性则受到槽线最窄处宽度的限制。

对于基片介电常数比较小的天线来说, 槽线的特性阻抗较大, 要实现宽带匹配较为困难,

 

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所以通常采用扇形支节在微带终端作为开路终端,如图5所示。而采用圆形腔在槽线终端作为短 路终端。通过这种方式, 可实现槽线与微带,微带与外部馈电线缆间的宽带匹配。

 

 

图 2.4 Vivald i 天线的金属微带线

 

 

图 2.5 Vivald i 天线的参数设计图 HFSS的Vivaldi天线的仿真设计(4):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_76953.html