【文章內容簡介】 中，(x1,y1)、(x2,y2)分別為指數(shù)規(guī)律漸變槽線的起始和終止點坐標，r_curve為曲線漸變率，其大小表征了曲線的彎曲程度，取值范圍為0~1。當r_curve=0時，漸變槽線將會變?yōu)橐?x1,y1)和(x2,y2)兩點為端點的一條線段，此時天線變?yōu)榫€性漸變縫隙天線(Linear Tapered Slot Antenna , LTSA)。在y較小時，電磁能量將被束縛在帶狀線饋電三層Vivaldi天線的上下導體之間；當y較大時，指數(shù)規(guī)律漸變槽線的截斷處使電磁能量輻射至自由空間。天線低頻端的（截止波長）設定為槽線寬度的兩倍，而高頻端的性能由槽線最窄處寬度決定。 仿真結果和分析本節(jié)給出了所設計帶狀線饋電Vivaldi天線在三維電磁仿真HFSS軟件中的設計效果圖及部分仿真結果圖。 設計效果圖 回波損耗曲線 掃描頻點：25GHz 掃描頻點：18GHz 掃描頻點：12GHz整理數(shù)據(jù)如下： Vivaldi天線仿真數(shù)據(jù)掃描頻點H面半功率點覆蓋角度H面半功率主瓣寬度E面半功率點覆蓋角度E面半功率主瓣寬度主瓣增益25GHz58~1226469~1105118GHz43~1379460~1216112GHz61~1195844~13692從Vivaldi天線的回波損耗仿真結果來看，各頻點S11 ~，因此該天線具有良好的寬帶匹配特性；從方向圖各頻點仿真結果來看，掃頻25GHz時，天線H面半功率主瓣寬度為：64176。，E面半功率主瓣寬度為：51176。，主瓣增益為：；而在掃頻為12GHz時，天線H面半功率主瓣寬度為：58176。，E面半功率主瓣寬度為：92176。，主瓣增益為：。即所設計Vivaldi的主瓣寬度在低頻段變寬、主瓣增益在低頻段下降較快，這是因為作為端射式行波天線的一種，Vivaldi天線的方向性系數(shù)及波束寬度與漸變槽線的長度密切相關。 本章小結本章首先介紹了設計帶狀線饋電Vivaldi天線所需掌握的Vivaldi天線原理比例變換原理、Vivaldi天線輻射原理、Vivaldi天線的電流結構以及Vivaldi天線的饋電結構。其次給出了設計的帶狀線饋電Vivaldi天線的結構及優(yōu)化后的各參數(shù)。最后運用高頻結構仿真器對設計天線進行仿真，通過仿真結果對設計天線進行分析，并指出了設計天線有待改進的地方。3 基于帶狀線饋電Vivaldi天線的低剖面設計 引言自1979年Vivaldi天線被首次提出起，Vivaldi天線已發(fā)展了30多年。隨著通信、雷達技術的發(fā)展，Vivaldi天線技術也不知不覺中得到了迅速的發(fā)展。近年來，伴隨著新型智能天線通信的問世，對Vivaldi天線提出的要求也越來越多。近年來，通過大量研究者的不懈努力，具備不同優(yōu)良性能的改進型Vivaldi天線被相繼提出，如：在天線結構上，S. Sugawara等人提出了一種能夠有效改善口面方向性的波紋邊緣結構的新型Vivaldi天線，在該種結構的基礎上，學者們再次做了進一步的研究先后提出了梳狀結構、棕櫚樹結構等性能更好的天線結構。這些設計在原理上是一致的，即是通過延長表面電流的路徑，進而增加Vivaldi天線的等效電長度，從而改善天線性能或者實現(xiàn)天線的低剖面設計。2006年2月，Daniel H . Schaubert 和Sreenivas Kasturi 提出提高介質板介電常數(shù)能夠有效增大天線帶寬的思路。研究表明，介質板介電常數(shù)的增大在使高頻端的平均阻抗下降的同時，也有效地使低頻端的電抗，并使其保持在較低的水平上，即降低了天線的輸入阻抗，更有利于天線的匹配。然而高介電常數(shù)的介質基板也會相應增大介質損耗，減小天線的輻射效率、降低天線的增益以及可能會激發(fā)表面波，致使波形和帶寬可能會受到不良的影響。目前實現(xiàn)微帶線饋電Vivaldi天線低剖面的有效方法大致可以分為以下幾類：1. 增大介電常數(shù)；2. 通過表面開槽的形式；3. 短路加載；4. 加載輻射貼片、有源網絡；5. 采用左手介質或電磁帶隙結構。本章主要通過表面開槽的形式探索實現(xiàn)帶狀線饋電Vivaldi天線低剖面的實現(xiàn)方法。 介質基板上加金屬周期凹槽在本設計，選用在介質基板前方加載金屬周期凹槽的方法嘗試有效地抑制帶狀線饋電Vivaldi天線的副瓣，減小Vivaldi 天線的后向散射，從而使得天線波束寬度變窄、主瓣增益有所增加，進而實現(xiàn)低剖面設計。通過參考文獻和參考文獻可知，當金屬周期凹槽深度在0 d 范圍內時，金屬凹槽結構為感性，此時支持表面波傳播，但傳播速度取決于金屬周期凹槽的深度；當金屬周期凹槽深度在 范圍內時，金屬凹槽結構為容性，此時表面波不能進行傳播，理論上應迅速衰減；當金屬周期凹槽深度 時，也能夠有效阻止表面波的傳播；當時，以上兩種現(xiàn)象交替出現(xiàn)?？傊?，介質基板加金屬周期凹槽結構理論上是能夠有效地將表面波限制在周期凹槽內部，從而降低邊緣繞射現(xiàn)象的。 設計效果圖如圖給出了所設計帶狀線饋電Vivaldi天線介質基板加周期凹槽結構在三維電磁仿真HFSS軟件中的設計效果圖。仿真結果如下： 回波損耗曲線 掃描頻點：25GHz 掃描頻點：18GHz 掃描頻點：12GHz整理數(shù)據(jù)如下： 介質基板加周期凹槽仿真數(shù)據(jù)掃描頻點H面半功率點覆蓋角度H面半功率主瓣寬度E面半功率點覆蓋角度E面半功率主瓣寬度主瓣增益25GHz58~1226470~1104018GHz42~1379560~1216112GHz61~1195847~13386 由仿真回波損耗曲線可知：該種介質基板加金屬周期凹槽改進結構的覆蓋頻段為：~，帶寬為：。與上一章所設計的傳統(tǒng)帶狀線饋電Vivaldi天線相比（~），整個覆蓋頻段往低頻段擴展，帶寬有所變大；而有HFSS仿真方向圖可知：相比于所設計的傳統(tǒng)帶狀線饋電Vivaldi天線而言，天線在25GHz時，E面半功率主瓣寬度略有變寬，主瓣增益有所增大，但效果不是很明顯；在18GHz時，天線性能幾近相同；在12GHz時，E面半功率寬度略有變窄，主瓣增益同樣有所增大，但效果不明顯?？傊?，采用介質基板加金屬周期凹槽的方法能夠稍微改善天線的性能，但改善的效果甚微，故很難運用該種方法實現(xiàn)低剖面的設計。 帶狀線金屬板側邊開周期柵欄由傳統(tǒng)帶狀線饋電Vivaldi天線結構分析可知，電磁能量在由槽線起始端向槽線截止端行進途中主要集中在中間指數(shù)型槽線附近，而在槽線寬度處所分布的電磁能量較少，這樣會導致副瓣輻射的增加。因而，為了實現(xiàn)抑制副瓣電平，增大主瓣增益，本節(jié)中設計了一種在金屬貼片側邊開橫向周期柵欄的方法改變天線表面電流的分布。該結構能夠使電磁能量集中于輻射臂的內側，并且在一定程度上改變了電流的走向，使其在主瓣輻射方向上得到加強，從而期望改善天線的輻射特性。同時，該結構也延長了表面電流的有效路徑，即意味著增加了天線的等效電長度，對于天線的小型化設計是較為有利的。本節(jié)給出了所設計帶狀線饋電Vivaldi天線帶狀線金屬板側邊開橫向周期柵欄結構在三維電磁仿真HFSS軟件中的設計效果圖。為了把槽線較寬處的電磁能量盡可能集中在槽線上，槽線較窄處的電磁能量保持原有的分布，此處選取在槽線段開不同深度的橫向柵欄，即槽線較寬處橫向柵欄的深度較深，槽線較窄處，橫向柵欄的深度較淺。 設計效果圖 仿真效果圖如下： 回波損耗曲線 掃描頻點：25GHz 掃描頻點：18GHz 掃描頻點：12GHz整理數(shù)據(jù)如下： 側邊開周期凹槽仿真數(shù)據(jù)掃描頻點H面半功率點覆蓋角度H面半功率主瓣寬度E面半功率點覆蓋角度E面半功率主瓣寬度主瓣增益25GHz60~1206074~1073318GHz61~1205968~1134512GHz57~1236651~13079仿真結果可看出：，頻段覆蓋范圍變大；，E面和H面半功率主瓣寬度減小，即天線定向性更好，且主瓣增益