本實(shí)用新型涉及一種FR4板超寬帶Vivaldi天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超寬帶技術(shù)是1960年作為軍用雷達(dá)技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在雷達(dá)和遙感中被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)作為通信應(yīng)用在業(yè)界受到了巨大的關(guān)注。目前，超寬帶技術(shù)因?yàn)槠涓咝阅?、高速率、低功耗、低成本等?yōu)點(diǎn)，被己廣泛應(yīng)用于軍事雷達(dá)系統(tǒng)、探測(cè)成像系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、家庭與個(gè)人網(wǎng)絡(luò)等諸多方面。在這樣的背景下，對(duì)天線的超寬帶設(shè)計(jì)提出了很高的要求，亟需一種小型化、超寬帶、饋電簡(jiǎn)單、輻射方向性好、輻射效率高、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低的天線。

對(duì)拓Vivaldi天線是一種非周期，漸變，端射行波天線，具有較好的寬頻帶特性、定向輻射特性和固定的相位中心，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、易于饋電、便于集成，十分適合超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種小型化、超寬帶、饋電簡(jiǎn)單、輻射方向性好、輻射效率高、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低的FR4板超寬帶Vivaldi天線。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種FR4板超寬帶Vivaldi天線，包括FR4基板，所述FR4基板正反面的輻射貼片為相同結(jié)構(gòu)的對(duì)跖型Vivaldi天線，兩所述輻射貼片關(guān)于x軸方向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；所述輻射貼片包括左右向首尾一體相連的矩形貼片和弧形貼片，所述弧形貼片由兩條指數(shù)漸變線、一條垂直線和一條水平線圍成，兩條所述指數(shù)漸變線分別為內(nèi)指數(shù)漸變線和外指數(shù)漸變線，所述內(nèi)指數(shù)漸變線的末端與垂直線一端相連，所述垂直線的末端與外指數(shù)漸變線的末端由所述水平線相連；所述矩形貼片的自由端與所述FR4基板的邊緣平齊，所述弧形貼片的自由端與所述FR4基板邊緣存在距離。

所述內(nèi)指數(shù)漸變線滿足如下方程式y(tǒng)＝0.0581×e^0.1611x-0.5787；所述外指數(shù)漸變線滿足如下方程式

所述FR4基板的長(zhǎng)度Ls為40.8mm，寬度Ws為57.45mm，厚度Hs為1mm。

所述矩形貼片的x軸方向的長(zhǎng)度Lf為1.7mm，y軸方向的寬度Wf為1.0mm。

所述內(nèi)指數(shù)漸變線的x軸方向的長(zhǎng)度Lfi為31.9mm，高度為Hfi/2＝9.35mm；所述外指數(shù)漸變線的x軸方向的長(zhǎng)度Lfo＝17.8mm，高度Hfo/2＝21.5mm。

所述水平線和垂直線均距所述FR4基板邊緣存在距離。

FR4基板為方形。

對(duì)跖Vivaldi天線是一種非周期，漸變，端射行波天線，具有較好的寬頻帶特性、定向輻射特性和固定的相位中心，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、易于饋電、便于集成，十分適合超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是一種FR4板超寬帶Vivaldi天線，該天線使用了對(duì)跖型結(jié)構(gòu)，在厚度為1mm的FR4基板上實(shí)現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本較低。該天線還具有小型化、超寬帶、饋電簡(jiǎn)單、輻射方向性好、輻射效率高等特點(diǎn)。該天線駐波比小于2的阻抗帶寬為3-40GHz，全頻覆蓋S、C、X、Ku、K、Ka六個(gè)波段，可廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)、聲吶、導(dǎo)航定位和軍事對(duì)抗等領(lǐng)域。

為了提高傳統(tǒng)Vivaldi天線的帶寬，實(shí)現(xiàn)超寬帶和小型化的特性，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一個(gè)正反面輻射貼片為相同結(jié)構(gòu)的對(duì)跖型Vivaldi天線，其中正反面輻射貼片關(guān)于主軸方向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。首先，采用CST電磁仿真軟件(基于時(shí)域有限積分法)對(duì)天線進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而確定每個(gè)電磁參數(shù)的尺寸。然后，基于Altium Designer軟件繪制該天線的PCB版圖，采用厚度為1mm的FR4基板加工實(shí)物。最后，使用Aglient E8361-000009型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試駐波比，該FR4板超寬帶Vivaldi天線駐波比小于2的阻抗帶寬為3-40GHz。

本實(shí)用新型對(duì)傳統(tǒng)對(duì)跖Vivaldi天線進(jìn)行改進(jìn)，使其基板(即FR4基板)兩側(cè)的金屬導(dǎo)體層(即輻射貼片)關(guān)于主軸輻射方向(x軸方向)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，從而設(shè)計(jì)出小型化對(duì)跖型Vivaldi天線。該天線的帶寬為3-50GHz，具有饋電簡(jiǎn)單、輻射方向性好、超帶寬、輻射效率高的特點(diǎn)。全頻覆蓋C、X、Ku、K、Ka五個(gè)波段，可廣泛地應(yīng)用于無(wú)線通信、雷達(dá)、定位、監(jiān)測(cè)、控制和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

本實(shí)用新型提供的一種FR4板超寬帶Vivaldi天線，正反面的輻射貼片為相同結(jié)構(gòu)的對(duì)跖型Vivaldi天線的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了天線的超寬帶和小型化，而且正反兩面結(jié)構(gòu)完全一致，方向圖對(duì)稱性較好，增益峰值偏移角度小，輻射方向性好；基板材料是最普通的FR4板的設(shè)置，使本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低；弧形貼片的自由端與FR4基板邊緣存在距離的設(shè)置，使本實(shí)用新型饋電簡(jiǎn)單，輻射效率高；指數(shù)型結(jié)構(gòu)的函數(shù)表達(dá)式，使本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)固定，易于制作，并且輻射方向性好、輻射效率高。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型駐波比仿真結(jié)果示意圖；

圖3為本實(shí)用新型駐波比實(shí)測(cè)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，一種FR4板超寬帶Vivaldi天線，包括FR4基板1，所述FR4基板1正反面的輻射貼片2為相同結(jié)構(gòu)的對(duì)跖型Vivaldi天線，兩所述輻射貼片2關(guān)于x軸方向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；所述輻射貼片2包括左右向首尾一體相連的矩形貼片5和弧形貼片6，所述弧形貼片6由兩條指數(shù)漸變線、一條垂直線9和一條水平線10圍成，兩條所述指數(shù)漸變線分別為內(nèi)指數(shù)漸變線7和外指數(shù)漸變線8，所述內(nèi)指數(shù)漸變線7的末端與垂直線9一端相連，所述垂直線9的末端與外指數(shù)漸變線8的末端由所述水平線10相連；所述矩形貼片5的自由端與所述FR4基板1的邊緣平齊，所述弧形貼片6的自由端與所述FR4基板1邊緣存在距離。

FR4基板1尺寸為57.45mm(寬)×40.8mm(長(zhǎng))×1mm(厚)，所述內(nèi)指數(shù)漸變線7滿足如下方程式y(tǒng)＝0.0581×e^0.1611x-0.5787；所述外指數(shù)漸變線8滿足如下方程式

本實(shí)用新型的正反面金屬輻射貼片2結(jié)構(gòu)完全相同，關(guān)于主軸輻射方向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，這樣可以有效地修正天線方向圖的不對(duì)稱性。該天線的饋線長(zhǎng)度Lf＝1.7mm，饋線寬度Wf＝1.0mm，內(nèi)指數(shù)線長(zhǎng)度Lfi＝31.9mm，兩條內(nèi)指數(shù)線總高度Hfi＝18.7mm，外指數(shù)線長(zhǎng)度Lfo＝17.8mmmm，兩條外指數(shù)線總高度Hfo＝43.0mm，金屬導(dǎo)體層(即輻射貼片2)厚度為0.036mm。

如圖2所示，為本實(shí)用新型的駐波比仿真結(jié)果示意圖，采用CST電磁仿真軟件來(lái)進(jìn)行仿真分析，得到駐波比仿真結(jié)果。由駐波比仿真結(jié)果可知，在2-40GHz頻率范圍內(nèi)駐波比小于3，在2.4-40GHz頻率范圍內(nèi)駐波比小于2，帶寬在高頻段還具有可擴(kuò)展性。

如圖3所示，為本實(shí)用新型的駐波比實(shí)測(cè)結(jié)果示意圖，使用Altium Designer軟件繪制該天線的PCB版圖，選擇厚度為1mm的FR4板材對(duì)實(shí)物進(jìn)行加工，加工精度為0.1mm。FR4板價(jià)格便宜，加工方便，大大減小了加工成本。實(shí)物加工成型后，使用Aglient E8361-000009型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)天線的駐波比進(jìn)行測(cè)量，由駐波比實(shí)測(cè)結(jié)果可知，在2-40GHz頻率范圍內(nèi)駐波比小于3，在3-40GHz頻率范圍內(nèi)駐波比小于2，倍頻帶寬為13.3。此外，由駐波比實(shí)測(cè)結(jié)果可知，該天線的帶寬在大于40GHz的高頻段還具有可擴(kuò)展性，與駐波比仿真結(jié)果基本吻合。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。