文献阅读1——Vivaldi天线起源

本文介绍了Vivaldi天线的发明、工作原理,其利用高介电常数基板的优势,以及在频带稳定性、增益控制和辐射机制方面的特点。特别关注了天线如何通过连续相位补偿实现在宽频段内的稳定性能。

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        P.J.Gibson在1979年第一次提出Vivaldi天线,这种非周期性连续缩放天线结构理论上拥有无限的瞬时频率带宽。该天线采用线极化和具有显著的增益,且增益与总长度成正比,也与能量“泄露”的速率成正比。此外该天线具有端射特性,并且在E面和H面的波束宽度大致相同。这种新型的辐射器可以和其他电路元件印刷在同一高介电常数衬底上以形成完整的非常宽带的接收器头。(易于集成)

Q1:选择高介电常数基板的好处?

在高介电常数基片上的微带结构的辐射低,并且容易构造无负载Q因子大于120的滤波器元件

Q2:VIVALDI天线的辐射机制?

辐射的主要的非共振行波机制是由沿着天线的弯曲路径行进的波产生的高阶汉克尔函数(^{H_{0}(n)})模式产生的。当与自由空间波长相比间隔非常小时,行波中的能量被紧密地束缚到导体,并且随着间隔增加,行波中的能量逐渐变弱并且更多地耦合到辐射场。

Q3:VIVALDI天线在频带内获得相对稳定增益的原因:

Vivaldi天线的增益要求是导体上的束缚波的相速度应等于或超过周围介质中的相速度。这需要行波结构的连续相位超前补偿,这在很大程度上是由衬底材料实现的,并且这种天线已经被构造用于6:1量级的频率带宽。然而,已经发现,对于更扩展的带宽,天线需要进一步的附加相位补偿。

Q4:VIVALDI天线的最早的辐射结构?

开口曲线是由指数函数式y=a*exp(px)构成,其中p决定波束宽度

当x为正值且较大时,能量将离开引导结构(槽线结构),并且曲线可能被截断;类似地,当x为负值且较大时,波被紧紧地束缚在导体上,几乎没有辐射发生,并且可以再次进行曲线的截断。

最高频率控制最大负值x尺寸,并且最低频率控制最大正值x尺寸。

(开口宽的大小控制最低频率,开口窄的大小控制最高频率)

参考文献:

Gibson,P.J.."The Vivaldi Aerial".1979 9th European Microwave Conference,1979,https://doi.org/10.1109/EUMA.1979.332681.

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