改进型的对跖Vivaldi天线的研究

论文摘要

超宽带天线作为超宽带通信的关键技术,成为近年来天线领域研究的热点。本文研究的对跖Vivaldi天线是一种渐变槽线,端射行波天线,具有较好的宽频带特性、定向辐射特性和固定的相位中心,且结构简单、易于加工、易于馈电、便于集成,十分适合超宽带无线通信系统。本文选择对跖Vivaldi天线作为研究对象,目的是设计出小尺寸,低轮廓,宽频带,高增益的对跖Vivaldi天线。首先,设计了一传统结构的对跖Vivaldi天线—天线Ⅰ。天线Ⅰ在1.0 GHz—9.0 GHz频带内VSWR小于2.5,增益在大部分频段内达5dB以上,具有很好的定向辐射特性。但是,天线Ⅰ尺寸稍大。为了减小天线Ⅰ的尺寸,降低天线Ⅰ的轮廓,设计了末端加宽的对跖Vivaldi天线—天线Ⅱ。与天线Ⅰ相比,天线Ⅱ具有更宽的带宽、更低的轮廓。然而,天线Ⅱ的增益较低。其次,为了提高天线Ⅱ的增益,设计了具有导体引向器的对跖Vivaldi天线—天线Ⅲ。与天线Ⅱ相比,天线Ⅲ不仅有效地提高了天线高频端的增益,而且抑制了天线在高频端E面方向图的分裂,增加了天线的方向图带宽。接着,在天线Ⅱ的基础上,又设计了梳状结构的对跖Vivaldi天线—天线Ⅳ。与天线Ⅱ相比,天线Ⅳ在1.8GHz至3.5GHz频段内具有更高的增益,增益提高约1.5dB。但是在3.5GHz至7GHz频段内,天线Ⅳ增益出现了波动,变化较大。最终,将天线Ⅲ与天线Ⅳ这两种结构加以综合,设计了具有金属引向器的梳状对跖Vivaldi天线—天线Ⅴ。在1.8GHz至3GHz频段与6GHz至10GHz频段,天线Ⅴ的增益比天线Ⅱ提高约1.3dB。天线Ⅴ相对于最低工作频率0.8 GHz时自由空间波长λ0 ,其宽度为0.36λ0 ,高度为0.32λ0。增益在大部分频段内达5dB以上。可见,天线Ⅴ尺寸紧凑,轮廓低,频带宽,增益高,达到了本文的设计目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 超宽带天线技术要求
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 超宽带天线理论
• 2.1 天线的基本参数
• 2.2 超宽带天线定义
• 2.3 超宽带天线结构原理
• 2.4 超宽带天线分析方法
• 2.4.1 有限元方法的基本原理
• 2.4.2 有限元软件
• 2.5 展宽天线带宽的主要方法
• 2.6 超宽带巴伦
• 2.6.1 巴伦的工作原理
• 2.6.2 几种常见的超宽带微带巴伦
• 第三章 Vivaldi天线
• 3.1 Vivaldi天线的相关理论
• 3.1.1 Vivaldi天线满足比例变换原理
• 3.1.2 Vivaldi天线上的电流分布
• 3.2 Vivaldi天线的发展历史
• 3.2.1 传统Vivaldi天线
• 3.2.2 对跖Vivaldi天线
• 3.2.3 平衡Vivaldi天线
• 3.3 本文选用的天线
• 第四章 对跖Vivaldi天线的设计与分析
• 4.1 传统结构对跖Vivaldi天线设计
• 4.2 末端加宽对跖Vivaldi天线设计
• 4.3 具有引向器对跖Vivaldi天线设计
• 4.4 梳状对跖Vivaldi天线设计
• 4.5 具有引向器的梳状对跖Vivaldi天线设计
• 4.6 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果