一种应用于电磁风洞的L波段低散射VIVALDI天线

本发明属于电磁场与电磁波，具体涉及一种应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线。

背景技术：

1、“电磁风洞”是指使具有某种特定频谱分布的电磁场在给定区域中重新构造出来，从而为相关研究或测试提供便捷的前提环境，因其能够模拟多种电磁辐射场在同一时空中的交互，帮助研究者理解区域内无线电设备可能的干扰并寻找解决方案而受到了广泛的关注。l波段的频率范围为1~2ghz，该波段信号具有穿透力强、抗干扰效果好的特点，因此l波段也常被作为机载天线、探测雷达等设备的工作频段。通过在实验室环境对l波段空口电磁环境再现，对于工作在该波段电子设备的稳定性和有效性研究具有重大意义。

2、vivaldi天线是gibson于1979年提出一种行波天线，它由较窄的槽线过渡到较宽的槽线构成，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。vivaldi天线具有宽频带、低剖面、体积小、成本低廉、定向性强等优点，非常适合于“电磁风洞”的应用。

3、在进行电磁场重构时，天线散射场会对电磁频谱环境重构的准确性和精度造成影响，需要大量吸波材料吸收天线散射波，这样会造成“电磁风洞”系统成本大大增加。天线的雷达散射截面（radar cross section，简称rcs）是定量表征天线散射强弱的物理量，因此，低rcs vivaldi天线的研究对电磁风洞的应用非常必要。

4、而现有文献“a compact, ultrawideband dual-polarized vivaldi antennawith radar cross section reduction” 通过在金属辐射贴片式切割对称的矩形倾斜槽和弯曲的角槽，可以在较宽的频带内抑制vivaldi天线的rcs参数，但是，其矩形倾斜槽末端电流容易形成谐振，影响天线rcs参数缩减效果，而且天线低频截止频率为1.8ghz，没有完整覆盖l波段。

5、现有文献“compact uwb and low-rcs vivaldi antenna using ultrathinmicrowave absorbing materials”中，通过加载吸波材料实现天线rcs参数的缩减，在2~18ghz，当入射平面波在、角度范围内照射时，该天线的单站rcs参数小于–30dbsm。但是，加载吸波材料会影响天线辐射，造成部分频点增益显著下降，最多降低约5db。现有工作频率在l波段的vivaldi天线，由于天线工作频率较低，天线尺寸较大，导致天线rcs参数较高，难以满足设计需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，本发明可以克服现有工作频率在l波段的vivaldi天线rcs参数较高的缺点，降低天线尺寸，进而满足设计要求。

2、应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线包括：金属辐射贴片、介质基板和微带传输线；

3、金属辐射贴片中部开设有指数形槽，指数型槽通过矩形槽与下端短路腔连通；

4、金属辐射贴片两侧开设有第一组开槽、第二组开槽和第三组开槽；

5、第一组开槽包括以金属辐射贴片中心线对称设置的第一椭圆形槽和第二椭圆形槽；

6、第二组开槽包括以金属辐射贴片中心线对称设置的第一矩形槽和第二矩形槽；

7、第三组开槽包括以金属辐射贴片中心线对称设置的第一圆形槽和第二圆形槽。

8、进一步需要说明的是，所述指数形槽所对应的指数曲线为：，渐变指数形曲线的起点和终点的坐标分别为和，，。

9、进一步需要说明的是，所述第一椭圆形槽的长轴和第二椭圆形槽的长轴分别与金属辐射贴片开口方向的夹角为30度。

10、进一步需要说明的是，第一矩形槽和第二矩形槽分别与金属辐射贴片开口方向的夹角为30度。

11、进一步需要说明的是，第一圆形槽与第一矩形槽连通；第二圆形槽与第二矩形槽连通。

12、进一步需要说明的是，所述微带传输线包括：第一微带线、第二微带线、第三微带线和扇形传输线；

13、第一微带线和第三微带线为矩形；

14、第一微带线一端为信号馈入端口与介质基板对齐，另一端连接第二微带线，第一微带线的阻抗值为50欧姆；

15、所述介质基板采用fr-4，介电常数为4.3。

16、进一步需要说明的是，所述第二微带线为l形传输线，第二微带线的两端分别与第一微带线和第三微带线连接，第二微带线的长度为四分之一波长，有阻抗变换的作用。

17、进一步需要说明的是，所述第三微带线与金属辐射贴片的矩形槽相耦合，所述第三微带线一端连接第二微带线，另一端连接扇形传输线的圆心端。

18、进一步需要说明的是，天线的散射场由天线模式项散射和结构项散射共同决定，表达式为：，为总散射场，为模式项散射，为结构项散射，为天线端口反射系数，是两种模式的相位差。

19、进一步需要说明的是，金属辐射贴片表面散射电流计算散射场的公式为：

20、，其中为角频率，为磁导率，为格林函数，为散射电流密度， k为波数。

21、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

22、本发明涉及的l波段低散射vivaldi天线工作频率为0.94ghz~2.7ghz，可以覆盖整个l波段。在l波段，当平面波垂直入射时，天线的rcs参数均小于-25dbsm，与相同参数的传统vivaldi天线相比，本发明天线rcs的最大缩减量为18.5dbsm，最小缩减量为1.7dbsm，平均缩减量为8.5dbsm。

23、本发明涉及的天线应用于l波段电磁风洞系统中，可以省去吸波材料的使用，减低系统成本，缩小系统的体积，提高电磁频谱环境重构的准确性和精度。而且天线结构简单、成本低、易加工，有利于作为天线单元进行低散射相控阵设计。

技术特征：

1.一种应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，包括：金属辐射贴片（1）、介质基板（11）和微带传输线；

2.根据权利要求1所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，所述指数形槽（2）所对应的指数曲线为：，渐变指数形曲线的起点和终点的坐标分别为和，，。

3.根据权利要求1所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，所述第一椭圆形槽（5）的长轴和第二椭圆形槽（6）的长轴分别与金属辐射贴片开口方向的夹角为30度。

4.根据权利要求1所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，第一矩形槽（7）和第二矩形槽（8）分别与金属辐射贴片开口方向的夹角为30度。

5.根据权利要求4所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，第一圆形槽（9）与第一矩形槽（7）连通；第二圆形槽（10）与第二矩形槽（8）连通。

6.根据权利要求1所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，所述微带传输线包括：第一微带线（12）、第二微带线（13）、第三微带线（14）和扇形传输线（15）；

7.根据权利要求6所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，所述第二微带线（13）为l形传输线，第二微带线（13）的两端分别与第一微带线和第三微带线连接，第二微带线（13）的长度为四分之一波长，有阻抗变换的作用。

8.根据权利要求6所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，所述第三微带线（14）与金属辐射贴片的矩形槽（3）相耦合，所述第三微带线（14）一端连接第二微带线（13），另一端连接扇形传输线（15）的圆心端。

9.根据权利要求1或6所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，

10.根据权利要求1或6所述的应用于电磁风洞的l波段低散射vivaldi天线，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种应用于电磁风洞的L波段低散射VIVALDI天线，本发明属于电磁场与电磁波技术领域。天线包括金属辐射贴片、介质基板和微带传输线。其中，金属辐射贴片中间挖有指数形槽，指数型槽通过矩形槽与下端短路腔连通；指数型槽两侧分布倾斜的椭圆形、倾斜的矩形和圆形三组修形槽。为了保持天线良好的辐射方向，上述三组修形槽呈对称分布。本发明通过三组修形槽减小了金属贴片的面积，转移并延长了辐射贴片边缘散射电流，抑制了沿天线金属表面流动的感应散射电流，在缩减天线RCS参数的同时基本不影响天线的辐射特性。而且本发明天线加工制作简单，成本低，适用于电磁风洞系统。

技术研发人员：郭晨明,尧昊,王寿豪,邹佳良,赵德双
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21