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ELECTRONICS WORLD ・技术交流
为了改进天线低频辐射性能，本文在传统Vivaldi 天线的基础上对天线辐射区开互相对称的曲线矩形槽，从而设计出一种新型切曲开槽的Vivaldi 天线。该天线尺寸为150mm ×150mm ，采用介电常数4.4、损耗正切0.02的FR-4介质基板，仿真结果显示，天线的阻抗带宽0.67～4GHz，天线增益为0.79dB ～8.62dB ，在工作频带内方向稳定，具有良好的辐射特性。 Vivaldi 天线是一种具有端射特性的行波天线，电磁波由槽线开口辐射到自由空间，其基本辐射原理可以简单理解为平面化的开口喇叭天线。辐射的主要工作区是两条辐射槽线臂，槽线臂间距较大的位置是低频的主要辐射区，槽线臂间距较小的位置是高频的主要辐射区。
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Vivaldi 天线最早由P.J.Gibson 于1979年提出并设计，由于Vivaldi 天线具备高带宽、高增益、低剖面等优点，具备很强的研究价值和实用价值。由于其结构限制，Vivaldi 天线的低频截止频率往往比较高。文献（GAZIT E.Improved design of the Vivaldi antenna ）在Vivaldi 天线上开窄缝提高天线高频截止频率；文献（Deng C,Xie Y J.Design of Resistive Loading Vivaldi Antenna ）提出一种采用在馈电加载电阻和短路针降低了天线的最低截止频率；文献（Wu J,Zhao Z,Nie Z,et al.A Printed UWB Vivaldi Antenna Using Stepped Connection Structure Between Slotline and Tapered Patches ）在增大馈电区面积的同时采用不等宽的馈线，提高天线小型化水平；文献（Fei P,Jiao Y C,Hu W,et al.A Miniaturized Antipodal Vivaldi Antenna With Improved Radiation Characteristics ）在天线边缘开锥形缝隙，降低了天线的最低截止频率并且提高天线低频段方向性；文献（Rizk J B,Rebeiz G M.Millimeter-wave Fermi tapered slot antennas on micromachined silicon substrates ）在天线边缘开矩形槽，并且加载透镜，增大天线低频工作带宽的同时改善高频辐射方向图，提高天线增益。
综上所述，结合Vivaldi 天线工作频率大多都在3GHz 以上，扩展低频带宽的同时无法兼顾小型化，并且其增益有所欠缺的问题，本文在分析传统Vivaldi 天线的基础上提出以一种改进型Vivaldi 天线在天线辐射区开曲线矩形槽，其最低截止频率从0.82GHz 降低到0.67GHz 并改善其高频增益，具有一定的实用性。
1 天线设计
传统Vivaldi 天线在介质板一侧覆盖金属贴片并且蚀刻槽线（包括指数型，椭圆曲线以及等宽度渐变槽线）和开路腔，另一侧接地。传统Vivaldi 天线按其结构可以分为三部分：馈电区，过度区和辐射区。
本文在传统vivaldi 天线的基础上，为了提高天线增益，扩宽天线频段范围，增加天线实用性，在天线辐射区开曲线矩形槽，探究开曲线矩形槽对天线性能的影响，其设计天线如图1
所示。
电磁大锅灶图1 Vivaldi天线结构图
母线排如图2所示，该天线由一块介质基板的正面和背面上各印刷一层金属层而制成的。该天线尺寸为150×150mm ；采用相对介电常数为εr=4.4的FR-4为介质基板，其损耗正切为tan=0.02δ；介质基板的厚度为0.5mm ；采用微带线馈电。具体尺寸如表1所示：
表1
参数物理意义值L 总长度150mm W 总宽度150mm K 槽线最大宽度84mm Wk 馈电区矩形槽宽度
20mm Resistance
阻值300ΩWs 过渡区槽线宽度0.5mm L1辐射区长度110mm L2过渡区长度10mm L3馈电区长度30mm L4曲线槽间距19mm L5曲线槽长度10mm L6
曲线槽宽度
1mm
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2 天线的仿真与优化
2.1 天线VSWR对比
图2为采取开槽后VSWR 的对比图，由图2可知，当采取开槽后，天线驻波比在频带范围内都很低，在高频段0.67～4GHz 时天线VSWR 能符合小于2的要求。然而不采用开槽的原天线的VSWR 在0.82～4GHz 小于2。可见开槽对天线在低频处的VSWR 有较好的改善。2.2 天线增益对比
图3为采取开槽后天线增益对比图，由图可知，当采取开槽后
一种采用切曲开槽的新型Vivaldi天线
真空集热管中国人民武装警察部队工程大学信息工程学院 彭国豪 谢文宣
刘晓宇 李哲宇
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