[发明专利]一种基于超宽带高增益改进的Vivaldi天线

说明书

本发明提供了一种基于超宽带高增益改进的Vivaldi天线，包括印制板基片、第一导体贴片、第二导体贴片、微带短截线和馈线，第一导体贴片固定在印制板基片的上表面，微带短截线和馈线固定在印制板基片的下表面，导体贴片一端设有指数渐变槽，指数渐变槽末端设有圆形谐振腔，圆形谐振腔旁连接阶梯槽，第一导体贴片两侧对称设有两个圆形开孔，第一导体贴片下端设有多个矩形加载槽线，指数渐变槽上固定有第二圆形导体贴片。本发明在传统型Vivaldi天线模型的基础上进行Vivaldi天线辐射性能的优化，通过缝隙加载解决了传统型Vivaldi天线在高频端增益骤降的问题，使天线在高频处主波束回到了端射方向，增强了天线的端射性能，减小了终端效应。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于超宽带高增益改进的Vivaldi天线。

背景技术

在我们生活的世界里，无线电磁波利用天线设备通过波动传递着信息，天线作为无线设备中的重要组成部分，应用日渐广泛，需要满足小型化，易集成，平面化等要求，因此天线的设计必须要实现成本低、体积小、质量轻、易共型等指标。而超宽带通信中最重要的一部分自然是超宽带天线，因此超宽带天线也需要具备以上条件。

目前，超宽带技术已广泛应用于军事、通信、网络等多个方面，相比传统的无线电通信技术而言超宽带通信拥有以下几种优点：

(1)发射功率较低。传统的通信系统是通过在某些带宽条件下提高信噪比来增加信道容量，UWB系统是通过增加带宽，以增加信道的容量，由于UWB系统的非常宽的带宽，由所述UWB系统发射的功率谱密度可以非常低，可以在各种电磁干扰和噪声中隐藏，因此安全性更高。与有线通信相比，无线电波在空间传播的开放性是无线电通信的固有缺陷。超宽带无线电可以达到射频带宽1GHz以上，并且所需的平均功率非常小，功率谱密度非常低，能够隐藏在环境噪声和其他信号中，从而难以被检测到，因此其隐蔽性和保密性相比传统通信系统来说都要好很多。

(2)传输速率高。与基于传统连续正弦波调制超宽带的技术不同，超宽带手段使用时间很短的窄脉冲信号来传输信息，通常每个脉冲只持续几皮秒到几纳秒，其对应的工作频带却高达几G赫兹，数据的传输速率可高达数百Mbit/s，相比下远超过其他类型通信的最大传输速率。

(3)系统容量大。超宽带通信系统中发送的冲激脉冲具有非常低的占空比，使用跳时(TH)地址码编制，容易构成与CDMA系统相似的移动网络，并且其处理增益够高，多渠道分辨率高，使用户的数量可以显著高于CDMA移动网络。在一个社区里，UWB可以通过容量支持的移动用户数量超过10,000以上。因此在高容量无线通信系统中，UWB系统具有很大的优势。

(4)穿透性强。UWB信号具有较大的相对带宽和较强的穿透能力。实验证明超宽带信号有很强的穿透树叶和障碍的能力，使他们能够弥补了常规超短波信号在丛林中的无法有效传播的缺陷。该实验还表明，适用于窄带系统的丛林通信模型也是适用于超宽带系统的。由于超宽带信号具有极强的穿透力，因此可以在室内环境和地下环境进行精确的定位，相比全球定位系统GPS只能工作在GPS定位卫星的可见范围内工作；对于全球定位系统提供的绝对位置，超宽带无线定位器可以给出相对位置，其定位精度可以达到PCT仪表级别。另外，超宽带技术还支持隔墙成像。

传统Vivaldi天线具有较宽的宽带和较高的增益，但是在高频段天线整体的辐射性能不太理想，Vivaldi天线在高频段处的辐射特性主要由渐变槽线起始刀臂内侧处的宽度所决定，而低频段的辐射特性主要由刀口宽度所决定，这也是这类行波天线的特征，即不同频率的电磁波信号由不同的槽线部分辐射，当然，微带-槽线耦合馈电巴伦结构也是传统型Vivaldi天线带宽受限的主要影响来源。

因此，探索新的端射天线结构，致力于研究小型化、拓展带宽同时保证高增益的新方法，具有深远的科学意义，提升端射天线的关键技术具有重要的工程价值。

发明内容