Vivaldi基于CST的超宽带微带天线设计(9)
图4.1.3.1 频带扩展方法
当天线的结构已定，不便修改时，一般通过安装宽带匹配网络来展宽带宽。现有技术，可以将自动天线调谐器和谐振天线组合，来自动实现带宽的扩展，使用灵活方便，而且效果不错。这是一种值得推广的方法。
上述两种方法并没有从本质结构上改变天线，所以增加的带宽有限，并不能达到超宽带的要求。研究发现，实现极宽的带宽最有效的方法就是采用渐变结构，使天线在很宽的频带内电长度不变，形成行波天线，如辐射面边缘呈指数函数渐变或椭圆函数渐变。这类典型的天线就是Vivaldi天线。
4.1.4 超宽带天线类型确定
本文选择了Vivaldi天线，Vivaldi天线是由较窄的槽线过渡到较宽的槽线构成的，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的电长度是不变的。“它是一种具有非周期结构连续渐变的端射行波天线，因此理论上，它有很宽的频带，这种天线是一种高增益、线极化天线，所以理论上讲，它有很宽的频带，可以做成随频率变化具有恒定增益的天线”。在设计频段内具有相同的波束宽度。此外，它还具有良好的时域特性，时域接收波形具有非色散特性，因此它是一种非常有潜力的超宽带天线。
Vivaldi天线较其他超宽带天线有如下优越性[ , ]：
（1）易于满足天线平面化、集成化、小型化的要求：相比于双锥天线、锥形对数天线、阿基米德螺旋天线等超宽带天线，Vivaldi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。同时易于实现天线共形。
（2）极宽的频带宽度：Vivaldi天线为指数渐变槽线天线，只有槽线宽度与波长接近的区域才能向空间形成有效的辐射，当工作频率发生变化，辐射区域也相应变化。由于在不同频率下Vivaldi天线的电尺寸始终保持不变，所以理论上具有无限带宽。天线的带宽包括方向图带宽、增益带宽、输入阻抗带宽，极化带宽等，根据研究结果，Vivaldi天线的大部分指标都实现了超宽带，具有很大的优势。
（3）高增益、高定向性：Vivaldi天线的增益也比较适中，并没有因为宽频而减小，而且在很宽的频带内，增益曲线都保持平坦。同时，Vivaldi天线是平面超宽带天线中比较少的具有定向性的天线，便于测距测速，满足本文的使用要求。
（4）极化方向：Vivaldi天线是一种线极化天线，电场矢量平行于介质平面。Vivaldi天线可以作为阵列单元组成单极化或双极化的阵列。
4.2vavildi天线理论[ ]
4.2.1Vivaldi天线国内外应用情况
Vivaldi天线从出现之初就受到了广泛的关注，在卫星通讯、探地雷达、微波成像以及测量等领域都有应用。由于该天线是一种结构简单的平面天线，它可以很容易用印刷技术将它与其他微波电子模块集成为一体，所以被广泛应用于各种测试接收系统中，用来接收和探测带宽较宽的电磁波信号，如Vivaldi天线在探地雷达中的应用。同时，作为阵列单元使用的Vivaldi天线也具有优良的性能，可以由他们组成单或双极化特性的阵列天线，同时用于宽带天线阵列或宽频宽带扫描角的相控阵中。2007年，Yazhou Wang，研制了应用于2-4GHz的1*8Vivaldi天线阵列，该阵列被应用于穿墙成像系统中。单元天线通过微分形式的功分器进行馈电，用环形槽口进行补偿。采用介电常数为2.2的介质板，阵列尺寸为480*210mm2。但是该天线的几何参数比较多，特别是复杂的馈电系统，所有国内外参考文件提及的设计应用只停留在实验阶段，需要继续投入精力去研究。
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