Vivaldi基于CST的超宽带微带天线设计(10)
4.2.2Vivaldi天线类型
（a）传统Vivaldi模型 （b）对拓Vivaldi模型 （c）平衡Vivaldi模型
图4.2.2.1 Vivaldi天线类型
随着Vivaldi天线的发展，主要提出了三种Vivaldi天线类型结构：传统Vivaldi天线、对拓Vivaldi天线和平衡Vivaldi天线。其模型示意图分别如图4.2.1.1（a）、4.2.1.1（b）、4.2.1.1（c）所示。传统Vivaldi天线是在单层金属覆层上开槽所构成，其槽线按指数规律渐变。其性能受指数曲线的参数、介质基片的介电常数和厚度等影响。传统Vivaldi天线常采用以下3种馈电方式：
(a) 同轴线—槽线馈电 (b)共面波导—槽线馈电 (c)微带线—槽线馈电
图4.2.2.2 Vivaldi天线馈电方式
其中同轴线—槽线馈电是直接将同轴线与槽线相连接，结构简单，但设计过程中很难做到同轴线与槽线阻抗达到匹配；共面波导—槽线馈电多适用于天线阵的馈电系统；微带线—槽线馈电是单个Vivaldi天线最好的结构，而且具有较小的结构剖面，适用于电路的集成。
对拓Vivaldi天线将槽线两边的金属覆层至于介质基片的正反两面，通过超宽带巴伦将微带线转化成平衡双线进行馈电。与传统Vivaldi天线相比，其更容易实现宽带馈线匹配，驻波比更低，但是交叉极化变差。而平衡Vivaldi天线解决了上述两种结构的缺陷：传统Vivaldi天线宽带匹配不易实现，而对拓Vivaldi天线交叉极化较差。但是它付出的代价就是采用三层结构，使得设计、加工、测试复杂程度都有所增加。
本文研究的是超宽带天线，希望结构简单，易于加工，因此，在对传统Vivaldi天线研究的基础上，又对对拓Vivaldi天线进行了探讨。
4.3传统vavildi天线的仿真设计
4.3.1传统Vivaldi天线结构模型
微带线—槽线馈电的Vivaldi天线模型[ ]如图3.3.1.1所示。设计共涉及 14个参数, 分别为槽线的宽度 ,第一节微带线的宽度 , 第二节微带线的宽度 ,槽线空腔距离后板的距 ,槽线空腔的直径 ,转换器到槽线空腔的距离 ,转换器到槽线渐变位置的距离 ,带状短截线的张角 ,带状短截线的弧度半径 , 天线开口宽度H,天线的宽度b,天线的长度d,槽线渐变的长度L,指数渐变系数 。
图4.3.1.1 微带线—槽线馈电结构模型
4.3.2微带线-槽线馈电式Vivaldi天线设计
为了方便设计, 将该天线参数分为基本参数选择、微带线-槽线馈电部分设计、天线渐变指数及开口尺寸、天线几何尺寸4个部分来分析[ ]。
1）天线基本参数设计
本文中的Vivaldi天线是一种小型化天线，要求的工作频率为1.5G到2.5G，以 和 分别代表最低(1.5GHz ) 和最高频率(2.5GHz)。
确定介质基片
由于工作频率在S波段（2.6～3.95GHz）以下, 因此可以选用价格较为便宜的FR4板材，其介电常数为4.4，损耗角正切0.02。
确定介质基片的厚度
小型化TSA（Tapered Slot Antenna渐变槽天线）的设计原则要求介质基片的厚度在 范围内选取,其中 是基片等效厚度。由 有 进而 。为了加工方便及与微波电路集成选择h=1.5mm。
确定槽线结构尺寸。
槽线是在高介质常数介质基片上敷有导体层的一面刻出一条窄槽而构成的一种传输线，在介质基片的另一面没有导体层覆盖。它的基本结构如图4.3.2.1所示：
图4.3.2.1 基本结构
在进行槽线设计时主要确定两个参数，即相对波长比和特性阻抗。槽线归一化波长[ ]比为 。由于 1，所以槽线的波长比自由空间波长小，场紧聚在槽的附近。
上一篇：配电网公共连接点谐波评估与仿真