本實用新型涉及一種天線，具體涉及一種加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線。

背景技術：

天線在無線電設備中主要起著發(fā)射或者接收電磁波的作用，是無線電技術設備中不可缺少的一部分。近年來隨著現(xiàn)代通信速度地不斷提升，超寬帶技術已經逐漸彰顯其優(yōu)點，這使得天線在帶寬范圍內具有良好的輻射特性。UWB無線通信具有信道容量較大、發(fā)射信號功率低、發(fā)射接收設備簡單等優(yōu)點，應用廣泛，但它也對傳統(tǒng)的電磁場與電路理論提出了新的挑戰(zhàn)。其中，作為UWB系統(tǒng)射頻端出入口的天線模塊設計，已經成為目前的研究熱點。Vivaldi天線作為經典的超寬帶端射行波天線，今年來也得不到不少國內外學者的深入研究與設計。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種定向、對稱、高增益的加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線

為了實現(xiàn)上述目標，本實用新型采用如下的技術方案：

一種加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線，包括分別設置在介質板兩側面的金屬輻射槽線和金屬微帶線，

所述金屬輻射槽線包括平行槽線以及設置在平行槽線兩端的圓形槽線和

指數(shù)漸變槽線，平行槽線和金屬微帶線在介質板面的投影相互交叉；

所述介質板沿天線主軸輻射方向加載圓形介質板，

同軸接頭通過金屬微帶線饋電。

上述金屬微帶線頂部通過阻抗變換帶接微帶饋線。

上述金屬微帶線底部接扇型金屬微帶板。

上述金屬微帶線為“┓”型。

上述平行槽線和金屬微帶線在介質板面的投影相互垂直。

上述金屬輻射槽線和圓形介質板關于輻射方向對稱。

上述金屬輻射槽線的腔外為覆蓋介質板面的金屬輻射板。

上述圓形介質板的直徑與指數(shù)漸變槽線的開口寬度相等，圓形介質板的圓心距離介質板的距離為H2。

上述指數(shù)漸變槽線包括關于輻射方向對稱的上側漸變槽線段和下側漸變槽線段，以上側漸變槽線段與下側漸變槽線段起點之間的中心點為原點構建直角坐標系，上側漸變槽線段的起點為終點為線型為：

其中，x和y(x)分別為指數(shù)漸變槽線上各點對應的x坐標和y坐標，Ws為平行槽線的寬度，T為漸變槽線段的開口寬度，H為指數(shù)漸變槽線的長度。上述介質板為矩形，長度H1為70mm，寬度T1為70mm，厚度thick為1mm；圓形介質板的直徑T為35mm，圓心至介質板邊緣的距離H2為10mm；金屬微帶板、金屬輻射槽線、金屬微帶線、金屬輻射板、阻抗變換帶、微帶饋線上的金屬厚度copper_thick均為36um；

指數(shù)漸變槽線的長度H為40mm，開口寬度T為35mm；

平行槽線的寬度Ws為1.2mm；

圓形槽線的直徑Ds為6mm；

微帶饋線的長度L2為1.6mm，寬度W_50為1.9mm；

金屬微帶線的橫向長度L3為9.2mm，豎直長度L1為13.4mm，寬度Wm為0.7mm；

阻抗變換帶的長度L_taper為15mm；

扇型金屬微帶板的半徑Rsx為5.3mm，圓心角Angle為90°，

金屬微帶線豎直中心距離平行槽線的一端長度L_TA為4.55mm，距離平行槽線的另一端長度L_TC為1.44mm。

本實用新型的有益之處在于：

本實用新型的一種加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線為平面線極化天線，采用了加載圓形介質板的Vivaldi天線結構，在70mm×70mm×1mm的FR4介質板上實現(xiàn)，通過在天線主軸輻射方向加載圓形介質板，進而改善天線的輻射特性和主極化方向圖的對稱性。

本實用新型的饋電結構由金屬微帶線和扇型金屬微帶板組成，維瓦爾第天線是由槽線激勵，其饋電通過電磁耦合來實現(xiàn)。該天線采用微帶線到槽線的饋電方式，把微帶線的能量耦合到槽線中去。

圓形槽線起圓形諧振腔作用，可調節(jié)天線的阻抗匹配；平行槽線起耦合作用，可影響電磁波的傳輸情況；再通過指數(shù)漸變槽線引導電磁波的輻射。

本實用新型的一種加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線，結構簡單，制作方便，成本低，在超寬帶、高增益、低交叉極化的天線設計中具有較大的實用價值，具有很強的實用性和廣泛的適用性，尤其適用于無線通信系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種加載圓形介質板的寬帶維瓦爾第天線的結構示意圖

圖2為本實用新型的電壓駐波比曲線圖

圖3為本實用新型的增益曲線圖

圖4為本實用新型的交叉極化比曲線圖

圖5為本實用新型在2GHz頻點處的方向圖

圖6為本實用新型在6.5GHz頻點處的方向圖

圖7為本實用新型在11GHz頻點處的方向圖

附圖中標記的含義如下：1、介質板，2、圓形介質板，3、微帶饋線，4、阻抗變換帶，5、金屬微帶線，6、扇型金屬微帶板，7、圓形槽線，8、平行槽線，9、指數(shù)漸變槽線。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。

如圖1所示，為本實用新型的結構示意圖。

一種加載圓形介質板2的寬帶維瓦爾第天線，包括分別印制在介質板1兩側面的金屬輻射槽線和金屬微帶線5，沿天線主軸輻射方向加載圓形介質板2，同軸接頭通過金屬微帶線5饋電。

金屬輻射槽線和圓形介質板2關于輻射方向對稱；金屬輻射槽線由圓形槽線7、平行槽線8和指數(shù)漸變槽線9構成，形成金屬輻射槽線腔，進一步的，根據(jù)實際使用需求，腔內為金屬輻射板，或腔外為覆蓋介質板1面的金屬輻射板。

圓形槽線7相當于圓形諧振腔，可調節(jié)天線的阻抗匹配。實際實驗和應用中，常常選用50Ω同軸或微帶線作為饋電方式，因此槽線阻抗匹配的目的是將天線等效阻抗調節(jié)為50Ω。

指數(shù)漸變槽線9包括關于輻射方向對稱的上側漸變槽線段和下側漸變槽線段，上側指數(shù)漸變槽線9和下側指數(shù)漸變槽線9的外端分別向介質板1的上下兩側展開，形成喇叭口。

以上側漸變槽線段與下側漸變槽線段起點之間的中心點為原點構建直角坐標系，上側漸變槽線段的起點為終點為線型為：

其中，x和y(x)分別為指數(shù)漸變槽線9上各點對應的x坐標和y坐標，Ws為平行槽線8的寬度，T為漸變槽線段的開口寬度，H為指數(shù)漸變槽線9的長度。

金屬微帶線5為“┓”型，頂部橫端通過阻抗變換帶4接微帶饋線3，底部接扇型金屬微帶板6。

平行槽線8和金屬微帶線5在介質板1面的投影相互垂直。

圓形介質板2的直徑與指數(shù)漸變槽線9的開口寬度相等，圓形介質板2的圓心距離介質板1的距離為H2。

基于Ansoft HFSS電磁仿真軟件對微帶線長度、阻抗變換帶4、扇型金屬微帶板6、圓形諧振腔和圓形介質板2的各參數(shù)進行設計和優(yōu)化，最后確定整個天線的結構關鍵參數(shù)如下：

介質板1為矩形，長度H1為70mm，寬度T1為70mm，厚度thick為1mm；圓形介質板2的直徑T為35mm，圓心至介質板1邊緣的距離H2為10mm；金屬微帶板、金屬輻射槽線、金屬微帶線5、金屬輻射板、阻抗變換帶4、微帶饋線3上的金屬厚度copper_thick均為36um；指數(shù)漸變槽線9的長度H為40mm，開口寬度T為35mm；平行槽線8的寬度Ws為1.2mm；圓形槽線7的直徑Ds為6mm；微帶饋線3的長度L2為1.6mm，寬度W_50為1.9mm；金屬微帶線5的橫向長度L3為9.2mm，豎直長度L1為13.4mm，寬度Wm為0.7mm；阻抗變換帶4的長度L_taper為15mm；扇型金屬微帶板6的半徑Rsx為5.3mm，圓心角Angle為90°，金屬微帶線5豎直中心距離平行槽線8右端的長度L_TA為4.55mm，距離平行槽線8左端L_TC的長度為1.44mm。

如圖2所示，為本實用新型的電壓駐波比曲線圖，在仿真頻段2-11GHz頻率范圍內，電壓駐波比VSWR均小于2.5；在2.1-10.9GHz頻率范圍內，電壓駐波比VSWR小于2。

如圖3所示，為本實用新型的增益曲線圖，在仿真頻段2-11GHz頻率范圍內，增益為0.2-8.5dB，在8.3GHz頻點處達到最高增益8.5dB。

如圖4所示，為本實用新型的交叉極化比曲線圖，在仿真頻段2-11GHz頻率范圍內，交叉極化比均小于-15.0dB。

如圖5-7所示，為本實用新型在2GHz、6.5GHz和12GHz三個頻點處的方向圖，黑色曲線為主極化方向圖，灰色曲線為交叉極化的方向圖?？梢悦黠@看出，該天線的主極化方向圖具有較好的良好的對稱性和定向性，且增益峰值偏移角度較小。在2GHz、6.5GHz和12GHz的交叉極化比分別為-29.5dB、-20.3dB和-15.0dB。

綜上所述，該天線在2.1-10.9GHz頻率范圍內，電壓駐波比VSWR小于2，阻抗帶寬達到8.8GHz。在阻抗帶寬范圍內，最高增益為8.5dB，交叉極化比均小于-15.0dB，方向圖具有較好的良好的對稱性和定向性，且增益峰值偏移角度較小。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍內。