Vivaldi天线小型化的研究与设计

发布时间：2019-11-29 23:44

【摘要】：人们对电子设备便携小巧的要求不断提高,使得电子电路集成技术的迅猛发展,系统中各部分组成电路的尺寸随之缩小,从而一般用作系统终端部分使用的天线也面临着小型化的挑战,而天线小型化考虑的重点在于性能与尺寸之间的权衡。Vivaldi天线是渐变槽线天线中的一类,属于超宽带天线,该类天线具有宽频带、方向图对称、增益稳定并且结构简单、低剖面、易于集成等优点,已广泛应用于雷达系统、室内外通信系统、测量装置等领域。Vivaldi天线若按照行波原理设计结构,尺寸势必偏大,所以对于该类天线小型化的研究本质上已经从行波天线变为了谐振型天线。本文主要是对Vivaldi天线小型化作讨论设计,主要工作包括:(1)基于微带线-槽线耦合馈电结构的等效电路分析,设计了一种弯折型微带小面积馈电Vivaldi天线。该天线通过在馈电耦合处设计了弯折型馈电微带线槽边短路与槽线开路的结构,以达到减小微带线-槽线耦合处反射系数的目的并有效地减小了天线馈电面积。通过对介质基板厚度以及指数渐变槽线宽端开口宽度参数的影响分析,得到该天线工作带宽为3-14GHz,最大增益为9.22d Bi,体积为60mm×53.1mm×0.4mm。(2)设计了一种阻抗变换型微带馈电Vivaldi天线,该天线馈电结构沿用微带线槽边短路与槽线开路的形式,馈电微带线采用了阻抗变换结构。在与弯折型微带小面积馈电Vivaldi天线指数渐变槽线开口宽度以及长度一致的情况下,通过对介质基板厚度以及指数渐变槽线宽端开口宽度参数的影响分析,得到该天线工作带宽为2-18GHz,最大增益可达9.97d Bi,体积为60mm×54mm×0.4mm。(3)基于槽间电阻加载微带线-槽线耦合馈电结构的等效电路分析,设计了一种槽间电阻加载Vivaldi天线。该天线的馈电结构对在微带线-槽线的馈电耦合处微带线短路、槽线开路的形式加以改进,将槽线采用的开路结构转换为槽间电阻加载,以达到减小微带线-槽线耦合处反射系数的目的。得到该天线工作带宽为2-25GHz,体积仅为40mm×41mm×0.4mm。在此基础上,对在微带线-槽线耦合处与电阻加载位置之间的槽线段做拓宽变形以及在天线两侧的金属区域上设置四分之一波长的线性渐变槽缝,天线的增益、辐射效率以及方向图得到了明显地改善,天线增益可达8.45d Bi。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN822.8

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本文编号：2567673