一種方向圖對稱的vivaldi天線陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線陣列，尤其是vivaldi天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]指數(shù)錐削槽天線是一種端射式行波天線，也叫做vivaldi天線，由于其具有寬頻帶、對稱的E面H面方向圖、中等增益、重量輕、易于與微波電路集成等特點，因而被廣泛應用于超寬頻帶無線通信系統(tǒng)、寬頻帶相控陣雷達和射電天文等領(lǐng)域。但是微帶饋電的指數(shù)錐削槽天線輻射臂電流不對稱，交叉極化和高次模式的激發(fā)，將引起方向圖的顯著畸變，而導致某些角度上的增益出現(xiàn)顯著波動和天線方向圖不對稱特性。這種缺陷嚴重影響了vivaldi天線的角度掃描陣列的大空域覆蓋，寬角度掃描的能力。對于構(gòu)成超寬帶極化分集陣列是非常不利的，而且對于采用超寬帶寬角度掃描陣列天線的現(xiàn)代雷達是極為不利的，嚴重的降低了雷達的目標分辨力，電子對抗能力及抗反輻射導彈的能力。
[0003]傳統(tǒng)的解決E面輻射場不對稱的辦法是使耦合槽線部分足夠長，即微帶線一槽線耦合部分到天線漸變部分足夠長，使耦合產(chǎn)生的高次模在電流傳輸過程中輻射出去，但是過長的槽線使天線的體積增大，并且饋電也有不對稱性引起的輻射不對稱。有學者提出采用帶狀線饋電的平衡互補錐削槽，但由于其輻射臂不對稱性，在高頻端E面方向圖也有顯著的不對稱性，且相對微帶饋電復雜。現(xiàn)有技術(shù)也對BAV天線進行了改進，采用平衡饋電方式，對方向圖對稱有了提高，但是天線位于介質(zhì)板兩側(cè)，因此輻射臂不對稱導致電場有不對稱性，且這種饋電方式具有交叉極化大的缺點，方向圖仍有不對稱性。傳統(tǒng)vivaldi天線陣，采用上述天線作為天線陣列單元時，都是以相同方式擺放天線單元，相同相位對天線饋電，所以，天線電流對于天線陣列中心是不對稱的，所以方向圖具有不對稱特性，因此本發(fā)明提出一種新的方案來解決vivaldi天線陣列方向圖不對稱問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決天線組成天線陣因輻射臂不對稱，輻射臂電流不對稱而引起的輻射方向圖不對稱的問題，采用了對稱輻射臂，用微帶線對天線陣列進行饋電，將每列線陣印刷在一片介質(zhì)基板上，輻射臂具有對稱特性，使相鄰兩片漸變槽陣列旋180度相對放置，并對相鄰兩片陣列進行反相饋電，實現(xiàn)了端射vivaldi陣列E面方向圖的對稱。此外，具有偶數(shù)個陣元對稱放置的陣列都可以采用此方法實現(xiàn)方向圖對稱。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括兩部分:陣列饋電和陣列天線輻射臂的設計以及陣列安裝及饋電方式設計。
[0006]陣列饋電部分由多級漸變線功分器構(gòu)成，一分八T型功分器采用了三級一分二 T型節(jié)，每級的輸入端口的特性阻抗為50 Ω，輸出端口的特性阻抗為100 Ω，通過指數(shù)型連續(xù)阻抗?jié)u變線進行多級阻抗變換，通過軟件HFSS調(diào)節(jié)各級聯(lián)功分線寬及長度，實現(xiàn)在8GHz—18GHz寬頻帶內(nèi)的阻抗匹配。
[0007]陣列天線輻射臂部分是采用共面的指數(shù)線輻射臂，將單元的輻射臂按小于工作波長的間距刻蝕在同一片介質(zhì)板的同側(cè)，單元間相互連接，沿著介質(zhì)板的一個直線方向排列，因此天線輻射臂組成一個整體金屬層，將饋電網(wǎng)絡刻蝕在介質(zhì)板另一側(cè)，饋電網(wǎng)絡的8個輸出端口與對側(cè)的天線中心8個輻射臂位置一一對應，使8個中心輻射臂能夠主動發(fā)射電磁波。
[0008]陣列安裝及饋電方式是將其中一列天線陣列旋轉(zhuǎn)180度，此時兩個微帶饋線相對，兩個饋電端口左右相對，用魔T對兩個端口進行等幅反相饋電。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:由于采用單元輻射臂不對稱進行設計，化弊為利，饋電網(wǎng)絡簡單，設計簡便，利用阻抗變換原理即可設計出功能優(yōu)良的寬帶饋電網(wǎng)絡。本發(fā)明采用了旋轉(zhuǎn)和反向饋電后，對稱結(jié)構(gòu)的高次模式輻射相消，有利于有效能量集中輻射，由于在其他方向電場的極化相消，旋轉(zhuǎn)后的陣列的側(cè)向輻射也有明顯減小。仿真和實測結(jié)果都表明反向饋電比通常的同向饋電最大增益提高l_2dB，由于在其他方向電場的極化相消，旋轉(zhuǎn)后的陣列的側(cè)向輻射、后向輻射也有明顯減小。
【附圖說明】
[0010]圖1是vivaldi的陣元即單個天線俯視圖，其中M為陣元的寬度，N為陣元的長度。
[0011]圖2是饋電網(wǎng)絡的俯視圖，其中A代表傳輸線阻抗為50 Ω時的寬度，B代表傳輸線阻抗為100 Ω的寬度，port代表饋電輸入端口。
[0012]圖3是印刷Vivaldi天線陣列的天線福射臂俯視圖。
[0013]圖4是8乘I陣列側(cè)視圖，其中K指介質(zhì)版的厚度，I代表介質(zhì)層，II代表天線輻射臂層，III代表饋電網(wǎng)絡層。
[0014]圖5是8乘2陣列的正面?zhèn)纫晥D，其中portl和port2分別指兩個陣列的饋電輸入端口。
[0015]圖6是8乘2陣列的垂直面?zhèn)纫晥D，其中G是指兩個8乘I陣列間距。
[0016]圖7是天線陣實測回波損耗SI I。
[0017]圖8是本發(fā)明天線陣列與傳統(tǒng)天線陣同側(cè)同相饋電天線陣方向圖對比圖，其中(a)是12GhHz時E面方向圖對比圖，(b)是16GhHz時E面方向圖對比圖，(c)是12GhHz時H面方向圖對比圖，(d)是16GhHz時H面方向圖對比圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]天線陣列方向圖不對稱的原因有兩個:1、微帶線到平衡的槽線輻射臂兩端饋電，導致輻射臂兩端電流大小不一致，這是最主要的原因；2、微帶饋線本身的輻射問題。所以本發(fā)明的設計關(guān)鍵點在于使得天線陣列輻射臂電流相對于陣列中心對稱。由于vivaldi單元的電場方向在兩個漸變槽之間，經(jīng)過反相饋電和旋轉(zhuǎn)180度，兩個vivaldi陣列電場的極化方向仍然相同，但是輻射臂的電流相對于天線陣列中心是對稱的，所以輻射臂電流不對稱問題引起方向圖不對稱因素得以解決。由于微帶線部分也有輻射電場，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和反向饋電后，對稱結(jié)構(gòu)的高次模式輻射相消，有利于有效能量集中輻射，使得天線增益有顯著提高，陣列主輻射方向增益升高l_2dB。
[0020]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括兩部分:陣列饋電和陣列天線輻射臂的設計以及陣列安裝及饋電方式設計。
[0021]陣列饋電部分由多級漸變線功分器構(gòu)成，一分八T型功分器采用了三級一分二 T型節(jié)，每級的輸入端口的特性阻抗為50 Ω，輸出端口的特性阻抗為100 Ω，通過指數(shù)型連續(xù)阻抗?jié)u變線進行多級阻抗變換，通過軟件HFSS調(diào)節(jié)各級聯(lián)功分線寬及長度，實現(xiàn)在8GHz—18GHz寬頻帶內(nèi)的阻抗匹配。
[0022]陣列天線輻射臂部分是采用共面的指數(shù)線輻射臂，將單元的輻射臂按小于工作波長的間距刻蝕在同一片介質(zhì)板的同側(cè)，單元間相互連接，沿著介質(zhì)板的一個直線方向排列，因此天線輻射臂組成一個整體金屬層，將饋電網(wǎng)絡刻蝕在介質(zhì)板另一側(cè)，饋電網(wǎng)絡的8個輸出端口與對側(cè)的天線中心8個輻射臂位置一一對應，使8個中心輻射臂能夠主動發(fā)射電磁波。
[0023]陣列安裝及饋電是將其中一列天線陣列旋轉(zhuǎn)180度，此時兩個微帶饋線相對，兩個饋電端口左右相對，用魔