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1、毕业设计设计题目： 一种基于带状线馈电 Vivaldi天线的低剖面设计 学生姓名： 卢保军 学 号： 20112850 专业班级： 电子信息科学与技术11-02班 指导教师： 桑磊 院系名称： 计算机与信息学院 2015 年 6 月 6 日目录一种基于带状线馈电Vivaldi天线的低剖面设计1摘要. 1Abstract. 21 绪论41.1 课题背景41.2 国内外研究现状41.3 本文的主要结构安排52 Vivaldi天线原理及设计62.1 Vivaldi天线原理62.1.1 比例变换原理62.1.2 Vivaldi天线的辐射原理72.1.3 Vivaldi天线上的电流分布82.1.4 Vi
2、valdi天线的馈电结构82.2 带状线馈电Vivaldi天线设计92.3 仿真结果和分析102.4 本章小结123 基于带状线馈电Vivaldi天线的低剖面设计133.1 引言133.2介质基板上加金属周期凹槽133.3 带状线金属板侧边开周期栅栏163.4 带状线金属板侧边及后边均开周期栅栏193.5 本章小结30总 结32致 谢34参考文献35 一种基于带状线馈电Vivaldi 天线的低剖面设计摘 要：本文在带状线槽线-馈电 Vivaldi 天线的基础上，研究了低剖面技术，先后使用了加周期金属凹槽、侧向栅栏和后方纵向开槽的方法对小型化技术进行探索。首先设计了一覆盖频段为15 GHz25
3、GHz、带状槽线馈电方式的传统vivaldi天线，并运用高频结构仿真器对设计的天线进行仿真。仿真结果表明，该传统Vivaldi天线-10dB覆盖频段为14.4672 GHz27.3000 GHz，且主瓣增益约为7dB。其次，运用加周期金属凹槽、侧边开槽和后方开槽等方法对设计的传统vivaldi天线进行改进，以期望得到覆盖范围更广的频带宽度以及更大的主瓣增益。从而能够通过对比的方法寻找出相对优良的低剖面设计方案。软件仿真结果表明，在三种低剖面设计方案中，侧边开槽能够有效地拓宽传统vivaldi天线-10dB频带宽度、后方开槽能够有效地降低传统vivaldi天线的后瓣增益，从而达到增大主瓣增益的效
4、果。最后，对所设计传统vivaldi天线运用侧、后方开槽方式实现低剖面设计。参数扫描结果表明，改进后vivaldi天线的介质基板长度为28mm与所设计传统vivaldi天线的介质基板长度为39mm有着相近的频带宽度以及主瓣增益。即通过侧边开槽和后方开槽能够实现带状线馈电传统vivaldi天线的低剖面设计。关键词：带状线槽线-馈电Vivaldi天线，小型化技术，低剖面设计，频带宽度，主瓣增益，侧向栅栏，后向栅栏，介质板。A Low-profile Design Based on the Vivaldi Antenna that fed by Strip LineAbstract: In this
5、 thesis, Miniaturization of the vivaldi antenna that fed by strip lines-slot is researched. Periodic metal groove, plus fence method in the side and plus fence method in the behind are put to use.First of all, a conventional vivaldi antenna that fed by strip lines-slot is designed, and its bandwidth
6、 ranging from 15GHz to 25GHz. Thesimulated data obtained by the HFSS software shows that the conventional Vivaldi antennas real -10dB bandwidth ranging from 14.4672 GHz to 27.3000 GHz, and the gain of the conventional Vivaldi antenna in the most of working bandwidth achieve about 7dB stably.Second ,
7、 expecting a wider bandwidth and larger main-lobe gain, the author apply several methods to improve the conventional Vivaldi antenna, such as periodic metal groove, the side plus fence method, the rear plus choke fence method and so on. And then, identify the excellent low-profile design. Thesimulat
8、ed data obtained by the HFSS software shows that the side plus fence method and the rear plus choke fence method are the most useful method among the three design. the side plus fence method can broaden the traditional Vivaldi antennas -10dB bandwidth effectively, while the rear plus choke fence met
9、hod can effectively reduce the rear-lobe gain, in the other words, it can increase the main-lobe gain obviously.At last, the author designed the miniaturized antenna by the side plus fence method and the rear plus choke fence method. The result shows that based on the same bandwidth and main-lobe ga
10、in, the dielectric substrate of the Vivaldi antenna changes from 39mm to28mm by these enhancements. All in all, the side plus fence method and the rear plus choke fence method can achieve the goal of the traditional Vivaldi antennas low-profile design.Keywords: Vivaldi antenna that fed by strip line
11、s-slot; Miniaturization; low-profile; bandwidth; main-lobe gain; plus fence method in the side; plus choke fence method in the behind; dielectric substrate. 1 绪论1.1 课题背景天线在通信、广播、导航、雷达、遥测遥控等各种无线电系统中发挥着举足轻重的作用。早期的无线电技术主要应用于远洋通信，因而天线的重要作用也主要体现在长波波段。二战中，雷达技术的使用对天线而言，起了有力地推进作用。期间，天线的理论也逐步成熟起来。之后的30年内，针对各
12、式各样的天线要求，研究者们陆续提出了许多新型天线。总之，经过100多年的发展，天线已不再单单是接收、发射电磁波的单一装置，而是逐步成为了与信号处理系统紧密结合的一部分。1974年美国雷声公司(Raytheon Company)的L.R. Lewi在APS(Antenna and Propagation Symposium)年会上发表题为A Broadband Strip line Array Element 的文章提出了一种微带线馈电波导开槽天线，这种具有朝开口方向端射特性的天线结构被视为开槽天线的起源。Vivaldi天线，最为经典的渐变缝隙天线，最早是由英国Philips研究实验室的P.J.
13、 Gibson于1979年提出的一种具有非周期结构连续逐渐变化的超宽带行波天线。指数型状渐变的槽线结构使得它有着超宽带、高增益、低副瓣、低交叉极化、设计频段内具有相同的波束宽度以及随频率变化具有恒定增益等优良特性。故而，Vivaldi 天线在其提出的较短时间内，就受到了广大微带天线研究者们的广泛关注。随着生产技术的不断革新，电子设备的集成化、小型化的发展趋势也愈加明显。即意味着高性能、小尺寸天线的设计已逐渐成为了一个有待解决的问题。1.2 国内外研究现状1979年，P.J. Gibson在其发表的名为The Vivaldi Aerial 的论文中提出了一种指数规律渐变缝隙天线。由于该天线的指数
14、渐变结构让Gibson联想起了小提琴，便以他最为仰慕的突尼斯小提琴家Antonio Vivaldi 的名字来命名。Gibson 指出，指数型的轮廓线使得这种渐变缝隙天线具有良好的带宽。1988年，Ehud Gazit 提出了一种名为反足型Vivaldi天线的双层微带渐变缝隙天线。在这种天线结构中，Ehud Gazit 将部分底层金属置于馈电位置作为顶层微带的地，而微带及其下方的金属选用的是逐渐过渡为宽度相同的平行双线，之后去再向相反的方向逐渐张宽。这种天线结构能够有效地拓宽阻抗带宽，但却是以降低天线的交叉极化特性为代价的。1991年，ANesic提出了一种基于共面波导馈电方式的Vivaldi天
15、线。同年，美国的R.N. Simons提出了两种共面波导馈电方法的线性渐变天线：1.通过一段air bridge 将处于介质板一个面上的共面波导和弧形缝隙直接连接；2.通过耦合的方式对分别处于介质板上表面的缝隙及介质基板下表面的有限共面波导（Finite Co-plane Waveguide）进行馈电。近些年，有更多的天线结构相继被提出。其中参照K.S. Ygvesson和D.H. Schaubert对渐变缝隙天线介质板结构的研究成果提出的带状线馈电三层Vivaldi天线以其较好的阻抗匹配带宽及辐射特性吸引了广泛学者们的注意。这种带状线Vivaldi天线的顶层及底层为蚀刻了渐变缝隙的金属层，顶层及底层中间含有扇形短截线的带状线馈电层。1.3 本文的主要结构安排本文分为
