一种Vivaldi天线单元的制作方法

本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种vivaldi天线单元。

背景技术：

增益需求确定时，阵面尺寸也基本确定。因此只有通过增大阵元间距来减少通道数量。

vivaldi天线由于其带宽很宽、辐射特性优良、易加工等特点成为超宽带有源相控阵所采用的主要天线类型。然而该天线组成大型阵列后，由于地板反射与腔体的共同作用，出现多种模式谐振，导致某些频点能量无法辐射出去，驻波急剧恶化，谐振频点随阵元间距增大而减小。常规超宽带宽角阵列布阵时阵元间距一般为高频对应半波长，谐振频点不会出现在工作频带内。随着阵元间有效距离增大，谐振频点移入工作频带内，导致高频部分无法使用。另外阵元间距受到宽角扫描的限制，对于低频来说该间距依然较小。低频段单元较小的电尺寸会导致天线单元效率和性能变差，较小的阵元间距还导致阵元在低频的耦合很强。所以在低频只能采用紧耦合的思路让阵列整体达到优良的宽带性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种vivaldi天线单元。该天线单元馈电结构简单，易加工，适于用作超宽带大间距阵列的阵元。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种vivaldi天线单元，包括辐射板，还包括强制边界控制腔；所述辐射板通过位于其中间位置的指数型槽线分为两个辐射贴片；所述辐射板的底部位于强制边界控制腔内；在强制边界控制腔内，两个辐射贴片底部还分别连接同轴馈线的内、外导体，所述同轴馈线的内导体和外导体之间还连接有金属导体；所述强制边界控制腔的材料为金属材料，其底部为天线金属底板，辐射贴片和天线金属底板之间设有间隙。

进一步的，所述强制边界控制腔为长方形腔体。

进一步的，所述辐射板和强制边界控制腔的其中一壁面平行。

进一步的，所述强制边界控制腔的外壁面和辐射贴片露出于强制边界控制腔的部分平齐。

进一步的，所述两个辐射贴片之间通过结构固定印制板连接并固定。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.本发明采用强制边界控制腔，改变常规vivaldi阵元组阵的边界条件，可以通过优化控制腔的高度，来满足不同频段对耦合的不同需求，将高频谐振点移出工作频带的同时保证低频性能。

2.本发明与常规的vivaldi天线相比，结构简单并且馈电传输部分和辐射部分的性能相互独立。

3.进一步的，本发明的天线单元用作阵中单元时，具有良好的超宽带特性，在3个倍频甚至更宽带宽内驻波比小于1.5，辐射性能良好，增益较高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1的剖面图。

图3是本发明实施例的阵中驻波曲线图。

图4是本发明实施例的2ghz单元仿真方向图。

图5是本发明实施例的4ghz单元仿真方向图。

图6是本发明实施例的6ghz单元仿真方向图。

图中：1、辐射板，2、强制边界控制腔，3、结构固定印制板，4、同轴馈线，5、金属导体，6、天线金属底板。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种vivaldi天线单元，包括辐射板，还包括强制边界控制腔；所述辐射板通过位于其中间位置的指数型槽线分为两个辐射贴片；所述辐射板的底部位于强制边界控制腔内；在强制边界控制腔内，两个辐射贴片底部还分别连接同轴馈线的内、外导体，所述同轴馈线的内导体和外导体之间还连接有金属导体；所述强制边界控制腔的材料为金属材料，其底部为天线金属底板，辐射贴片和金属底板之间设有间隙。

进一步的，所述强制边界控制腔为长方形腔体。

进一步的，所述辐射板和强制边界控制腔的其中一壁面平行。

进一步的，所述强制边界控制腔的外壁面和辐射贴片露出于强制边界控制腔的部分平齐。

进一步的，所述两个辐射贴片之间通过结构固定印制板连接并固定。

下面为一个更具体的实施例：

如图1和图2所示，根据天线工作频段和阵列扫描对阵元间距的限制，选择合适的阵元尺寸，一般取0.7λhigh～1.2λhigh，其中λhigh为最高频率点自由空间波长。通过调整辐射贴片高度、曲率、厚度、开口大小等参数优化阻抗匹配。调整天线金属底板6和辐射板1底部的距离及强制边界条件控制腔的高度可以改变谐振频点，同时适当增加强制边界控制腔2的高度可以增大天线单元增益。馈线采用50ω同轴馈线4，其内外导体分别连接到两片辐射贴片。在同轴馈线外导体和内导体之间焊接一段金属导体5，通过调整金属导体长度，调整馈线阻抗虚部，从而与天线达到更好的匹配。

整个天线单元包括辐射贴片、强制边界控制腔、同轴馈线、金属导体、结构固定印制板3、金属底板。天线工作带宽3个倍频，尺寸为57mm×57mm×216mm，阵元间距为1.14λhigh。辐射贴片厚度5.5mm，曲率0.04，距离天线金属底板16mm，强制边界条件控制腔高度96mm。

参照图3～6所示，本实施例具有良好的超宽带特性，在3个倍频甚至更宽带宽内驻波比小于1.5，辐射性能良好，增益较高。

本发明工作原理：

本实施例改进型vivaldi天线通过指数形状的槽线辐射电磁波。(常规vivaldi天线以大间距组阵时，由于高频段耦合引入谐振点；而低频段需要强耦合来达到优良的性能。)因此采用强制边界条件控制腔，改变阵元的边界条件，以改善辐射单元口面电流分布。根据槽线天线本身的辐射特点，高频段辐射的等效相位中心在槽线下半部分，低频段辐射的等效相位中心在槽线上半部分，通过优化强制边界控制腔的高度，可以既保证辐射单元低频段的强耦合，又有效控制高频段的耦合效应。进而在保证低频性能的同时，将高频谐振点移出工作频带。馈电部分同轴内外导体之间加入一段金属，引入电容效应，调节匹配。

技术特征：

1.一种vivaldi天线单元，包括辐射板，其特征在于，还包括强制边界控制腔；所述辐射板(1)通过位于其中间位置的指数型槽线分为两个辐射贴片；所述辐射板的底部位于强制边界控制腔(2)内；在强制边界控制腔内，两个辐射贴片底部还分别连接同轴馈线(4)的内、外导体，所述同轴馈线的内导体和外导体之间还连接有金属导体(5)；所述强制边界控制腔的材料为金属材料，其底部为天线金属底板(6)，辐射贴片和天线金属底板之间设有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种vivaldi天线单元，其特征在于，所述强制边界控制腔为长方形腔体。

3.根据权利要求2所述的一种vivaldi天线单元，其特征在于，所述辐射板和强制边界控制腔的其中一壁面平行。

4.根据权利要求3所述的一种vivaldi天线单元，其特征在于，所述强制边界控制腔的外壁面和辐射板露出于强制边界控制腔的部分平齐。

5.根据权利要求1所述的一种vivaldi天线单元，其特征在于，所述两个辐射贴片之间通过结构固定印制板连接并固定。

技术总结
本发明公开了一种Vivaldi天线单元，属于天线技术领域。该天线单元由辐射板、同轴馈线和强制边界控制腔构成，辐射板之间为指数型槽线，采用同轴馈线对其直接馈电，强制边界控制腔包围辐射板的底部。本发明有效解决常规Vivaldi天线大间距组阵时阻抗带宽受限的问题，且交叉极化电平较低，馈电结构简单。

技术研发人员：敦书波;余贤;刘晓;张海福;姜海玲;朱海波;王浩;王亚涛;张辉
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2020.12.18
技术公布日：2021.04.09