一种基于介质透镜加载的超宽带Vivaldi天线

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于介质透镜加载的超宽带vivaldi天线。

背景技术：

1、随着无线通信技术的快速发展，对于具有超宽带、高增益、辐射稳定等特性的天线的需求日益增加。vivaldi天线，作为一种非周期性、渐变结构的端射行波天线，在现代无线通信系统中占据了重要的地位。这种天线的特殊设计使其具有宽阔的阻抗带宽和低副瓣，同时提供适中的增益，其微带结构也使得尺寸小巧、成本低廉、结构简单，便于加工和集成。在工作原理上，vivaldi天线通过微带、带状线或同轴线等形式将能量引入，并利用电磁耦合或介质耦合的方式，实现能量在馈电传输线与辐射槽线间的转换，进而使电磁波通过槽线向空间辐射。这种独特的结构设计，使得只有槽线宽度与波长接近的区域才能向空间形成有效的辐射。因此，当工作频率发生变化时，辐射区域也相应变化，且辐射区域槽线的宽度与辐射的波长成比例，这一特性使vivaldi天线非常适合于超宽带(uwb:ultrawideband)应用，尤其在宽带测向系统、宽带相控阵天线系统等领域的应用中表现出色。

2、然而，vivaldi天线在阻抗频带的高频部分工作时，面临着一个主要的挑战：由于有效口径较大，口径面上的电磁场相位分布不均匀，导致天线方向性图的旁瓣电平提升，主瓣出现凹陷；这一现象会显著降低天线在主辐射方向上的增益，从而影响天线的整体辐射性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题之一，本发明实施例的目的是提供一种基于介质透镜加载的超宽带vivaldi天线，能够提升方向性和增益，改善天线的整体辐射性能。

2、本发明实施例提供了一种基于介质透镜加载的超宽带vivaldi天线，包括双边vivaldi天线和介质透镜；所述双边vivaldi天线由第一基板和第二基板压合而成，所述第一基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构、带状线和预设槽线构成，所述第一基板的压合面无金属贴片，所述第二基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构和预设槽线构成，所述第二基板的压合面金属贴片为微带线结构，第一基板的心形槽馈电结构与第二基板的心形槽馈电结构的位置重合，第一基板的预设槽线与第二基板的预设槽线的位置重合，所述第一基板和所述第二基板在槽线区域均加载介质透镜，所述微带线结构与所述带状线形成微带转换结构。

3、可选地，所述带状线的两旁设置有金属过孔，所述带状线的末端设置有金属过孔。

4、可选地，所述预设槽线包括对数型槽线。

5、可选地，所述对数型槽线向所述槽线区域旋转预设角度，以使所述槽线区域变小。

6、可选地，所述预设角度范围为2.5-3.5度。

7、可选地，所述第一基板的外边缘和所述第二基板的外边缘均包括椭圆形过渡结构。

8、可选地，所述椭圆形过渡结构的长轴范围为90-110mm，所述椭圆形过渡结构的短轴范围为40-60mm。

9、可选地，所述介质透镜包括具有若干个对称台阶的阶梯型介质块。

10、可选地，所述介质透镜包括具有2个对称台阶的阶梯型介质块。

11、可选地，所述vivaldi天线的长度范围为360-400mm，所述vivaldi天线的宽度范围为280-300mm。

12、实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中基于介质透镜加载的超宽带vivaldi天线包括双边vivaldi天线和介质透镜，双边vivaldi天线由第一基板和第二基板压合而成，第一基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构、带状线和预设槽线构成，第一基板的压合面无金属贴片，第二基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构和预设槽线构成，第二基板的压合面金属贴片为微带线结构，第一基板的心形槽馈电结构与第二基板的心形槽馈电结构的位置重合，第一基板的预设槽线与第二基板的预设槽线的位置重合，第一基板和第二基板在槽线区域均加载介质透镜；通过在天线的槽线区域辐射口处加载介质透镜，改变了天线的电场分布，实现了在辐射口处的相位校正，使得电场从准球形波变为准平面波，使得天线增益在中高频段保持平稳，提高了vivaldi天线在高频频率的增益和方向性，改善天线的整体辐射性能。

技术特征：

1.一种基于介质透镜加载的超宽带vivaldi天线，其特征在于，包括双边vivaldi天线和介质透镜；所述双边vivaldi天线由第一基板和第二基板压合而成，所述第一基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构、带状线和预设槽线构成，所述第一基板的压合面无金属贴片，所述第二基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构和预设槽线构成，所述第二基板的压合面金属贴片为微带线结构，第一基板的心形槽馈电结构与第二基板的心形槽馈电结构的位置重合，第一基板的预设槽线与第二基板的预设槽线的位置重合，所述第一基板和所述第二基板在槽线区域均加载介质透镜，所述微带线结构与所述带状线形成微带转换结构。

2.根据权利要求1所述的vivaldi天线，其特征在于，所述带状线的两旁设置有金属过孔，所述带状线的末端设置有金属过孔。

3.根据权利要求1所述的vivaldi天线，其特征在于，所述预设槽线包括对数型槽线。

4.根据权利要求3所述的vivaldi天线，其特征在于，所述对数型槽线向所述槽线区域旋转预设角度，以使所述槽线区域变小。

5.根据权利要求4所述的vivaldi天线，其特征在于，所述预设角度范围为2.5-3.5度。

6.根据权利要求1所述的vivaldi天线，其特征在于，所述第一基板的外边缘和所述第二基板的外边缘均包括椭圆形过渡结构。

7.根据权利要求6所述的vivaldi天线，其特征在于，所述椭圆形过渡结构的长轴范围为90-110mm，所述椭圆形过渡结构的短轴范围为40-60mm。

8.根据权利要求1所述的vivaldi天线，其特征在于，所述介质透镜包括具有若干个对称台阶的阶梯型介质块。

9.根据权利要求8所述的vivaldi天线，其特征在于，所述介质透镜包括具有2个对称台阶的阶梯型介质块。

10.根据权利要求1所述的vivaldi天线，其特征在于，所述vivaldi天线的长度范围为360-400mm，所述vivaldi天线的宽度范围为280-300mm。

技术总结本发明公开了一种基于介质透镜加载的超宽带Vivaldi天线，包括双边Vivaldi天线和介质透镜；双边Vivaldi天线由第一基板和第二基板压合而成，第一基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构、带状线和预设槽线构成，第一基板的压合面无金属贴片，第二基板的外侧面金属贴片由心形槽馈电结构和预设槽线构成，第二基板的压合面金属贴片为微带线结构，第一基板的心形槽馈电结构与第二基板的心形槽馈电结构的位置重合，第一基板的预设槽线与第二基板的预设槽线的位置重合，第一基板和第二基板在槽线区域均加载介质透镜，微带线结构与带状线形成微带转换结构。本发明实施例能够提升方向性和增益，改善天线的整体辐射性能，可广泛应用于无线通信技术领域。技术研发人员：肖钰,黄炜俊,赵国强,胡俊,徐世友,陈曾平受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25