一种基于带状线馈电Vivaldi天线的低剖面设计.doc

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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

16、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三个章节。第一章为绪论，分别从课题背景、意义、研究现状、文章结构安排以及与各章节组织关系等方面进行阐述。第二章从Vivaldi天线原理及Vivaldi天线设计两部分进行阐述。Vivaldi天线原理部分着重介绍了比例变换原理、Vivaldi天线的辐射原理、Vivaldi天线上的电流分布及Vivaldi天线的馈电结构。Vivaldi天线的设计环节给出了设计天线的结构及参数，并通过在高频结构仿真器的仿真结果对设计天线进行了结果分析。第三章主要是在前人研究的基础上做了三种可能实现带状线馈电Vivaldi天线低剖面设计的尝试。分

17、别为：在介质基板上加金属周期凹槽、在带状线金属板侧边开周期栅栏以及在带状线侧边及其后方均开金属周期栅栏。通过这三种改进措施，期望得到相比于设计的传统带状线馈电 Vivaldi 天线有更好的天线特性，进而实现带状线馈电Vivaldi天线的低剖面设计。2 Vivaldi天线原理及设计2.1 Vivaldi天线原理2.1.1 比例变换原理Vivaldi天线的实现主要基于相似原理、比例变换原理及行波天线来实现。a 相似原理（缩比原理）参考文献：在同样的介质中，若天线无论以何种比例进行变换，变换前后结构依旧相似，则天线的性能与工作频率无关。此处结构相似指角度不变的结构或变换后天线绕固定轴旋转后与变换前天

18、线结构成比例的结构。b 比例变换原理：若天线以因子K进行变换，变换后其结构依旧与变换前结构一致，则当频率为f或K*f时，天线的诸项参量在整个频段内都必然是以为周期的函数，即天线特性相同。c 行波天线：指天线电流以行波形式分布的天线。即要求天线上的电流为行波状态，即天线末端接匹配负载使电磁能量没有反射、且在电磁能量行进过程中全部或大部分辐射出去。比例变换原理证明过程：假设最大辐射方向为X轴方向的天线水平置于XOY平面上，天线指数规律渐变曲线方程满足： （2_1）在XOY平面内，满足比例变换原理的结构需满足如下方程： （2_2）式中K为变换因子，其值与C有关。将（2_2）对和求导有： 又 则有 此

19、时有解： （2_3）比较（2_1）和（2_3），可以看出，证毕。2.1.2 Vivaldi天线的辐射原理Vivaldi天线一个最重要的结构特征就是具有指数规律渐变的缝隙，这个指数规律渐变的缝隙就是Vivaldi天线的辐射区域，电磁能量在指数规律渐变缝隙区由受束缚的电磁波向缝隙开口方向辐射至自由空间，Vivaldi天线的这种辐射结构决定了它主要的功能特性。Vivaldi天线的辐射原理与TEM喇叭天线的辐射原理相似。Vivaldi天线理论上相当于TEM喇叭天线的一个截面，喇叭天线的导波部分可近似看成Vivaldi天线中的槽线部分，喇叭天线的张口区域可近似看成Vivaldi天线的指数规律渐变缝隙区域

20、，因而Vivaldi天线是端射式行波天线的一种。然而，与行波天线不同的是，Vivaldi天线在不满足天线尺寸达到几个波长的要求时，也可以达到较好的超宽带特性。只是短的Vivaldi天线与长的Vivaldi天线相比较，天线的波束宽度较宽，增益及定向性也较差。Vivaldi天线的能量传输过程为：将能量以特定的馈电方式馈入到等宽渐变缝隙区域的窄缝部分或渐变缝隙部分。此时能量将首先束缚在金属缝边之间，再逐渐往渐变缝隙的张口方向传播。随着金属缝边距离的增大，其对电磁波的束缚能力也逐渐变弱。当该束缚弱到一定程度时，能量开始向自由空间辐射，即不同频率的电磁信号有指数规律渐变槽线的不同位置辐射出去。低频端的辐

21、射产生于缝隙开口的末端，而高频端的辐射产生于缝隙开口的初始位置。因而在设计渐变缝隙时，缝隙的始端对应于工作的高频，缝隙终端对应于天线的低频。Vivaldi天线在辐射时，是没有固定相位中心的，即随着天线工作频率的变化，相位中心也随之沿槽线变化，因而群延时特性显得特别重要。且由于相位中心随工作频率的变化而变化，Vivaldi天线并不适合用于像GPS卫星天线系统这种对恒定相位中心要求高的通信系统中。Vivaldi天线通常情况下是运用微带线、共面波导或同轴线进行馈电，不停的馈电结构对天线的辐射特性的影响也不尽相同，因而选取合适的馈电结构能够有效地改善Vivaldi天线的辐射性能。2.1.3 Vival

22、di天线上的电流分布Vivaldi天线金属表面电流沿指数规律渐变槽线从缝隙起始端向缝隙开口终端方向流动，电流的流动决定了天线的频带特性及辐射特性。Vivaldi天线金属表面电流经验公式如下： （2_4） （2_5）这里为传播常数；P是与天线频率及天线尺寸相关的幅度修正因子；x1为天线末端截断处坐标；s(x)为指数曲线长度；As(x)为衰减项。2.1.4 Vivaldi天线的馈电结构典型Vivaldi天线常以微带线耦合的方式进行馈电，就是将电磁能量通过耦合的方式从微带线传输到槽线进行辐射。然而，槽线是平衡传输线，微带线是非平衡传输线，这就要求微带线耦合馈电结构需要巴伦实现不平衡到平衡的转换。如图

23、2.1所示为一种典型的微带线耦合馈电设计。槽线与微带线分别垂直交叉放置于介质板的两侧，两端均分别延长1/4个波长。测试数据表明，该结构宽带较窄，难以满足超宽带的要求。图2.1 微带线槽线转换结构 图2.2 改进的微带线槽线转换结构1998年，M.M. Zinlerls 及 R. Sloan 等人提出了将微带线及槽线末端均改为扇形截线的巴伦，实验数据表明，该结构具有良好的能量传输特性,在有效地增加了天线带宽的同时，也对天线的辐射特性也起到了良好的改善作用。2.2 带状线馈电Vivaldi天线设计本文在2.1章节的理论基础上，设计了一覆盖频段为15GHz25GHz、带状-槽线馈电方式的 Vival

24、di 天线。带状线馈电 Vivaldi 天线除特性阻抗等参数与两层 Vivaldi 天线的微带线不一样之外，其余均一致。图2.3 Vivaldi天线结构及参数如图2.3所示为所设计带状线馈电Vivaldi天线的结构图，该天线的结构参数较多，具体列表如下：表2.1 Vivaldi天线参数表变量参数（mm）备注L25渐变槽线沿y方向长度width_ slot0.3槽线宽度w20.86微带线宽度H13渐变槽线最大开口宽度length_ slot5平行槽线沿y方向长度R_ circle1.45槽线圆形短截线半径R_ arc2.25馈电片扇形短截线半径s_ h1.524介质板厚度本设计中，选用了一种介电

25、常数为3.48，厚度为1.5mm的介质基板，不同介质材料及厚度的介质基板对于相同尺寸天线的性能也是不同的。此外，本带状线-槽线Vivaldi天线在蚀刻槽线部分选取了指数规律渐变槽线，指数渐变线满足方程： （2_6） （2_7） （2_8）式中，(x1,y1)、(x2,y2)分别为指数规律渐变槽线的起始和终止点坐标，r_curve为曲线渐变率，其大小表征了曲线的弯曲程度，取值范围为01。当r_curve=0时，渐变槽线将会变为以(x1,y1)和(x2,y2)两点为端点的一条线段，此时天线变为线性渐变缝隙天线(Linear Tapered Slot Antenna , LTSA)。在y较小时，电磁

26、能量将被束缚在带状线馈电三层Vivaldi天线的上下导体之间；当y较大时，指数规律渐变槽线的截断处使电磁能量辐射至自由空间。天线低频端的（截止波长）设定为槽线宽度的两倍，而高频端的性能由槽线最窄处宽度决定。2.3 仿真结果和分析本节给出了所设计带状线馈电Vivaldi天线在三维电磁仿真HFSS软件中的设计效果图及部分仿真结果图。 图2.4 设计效果图 图2.5 回波损耗曲线 图2.6 扫描频点：25GHz 图2.7 扫描频点：18GHz 图2.8 扫描频点：12GHz整理数据如下：表2.2 Vivaldi天线仿真数据扫描频点H面半功率点覆盖角度H面半功率主瓣宽度E面半功率点覆盖角度E面半功率主

27、瓣宽度主瓣增益25GHz581226469110518.574518GHz431379460121618.019212GHz611195844136926.2455从Vivaldi天线的回波损耗仿真结果来看，各频点S11 -10dB的阻抗带宽为14.5000GHz27.0316GHz，频宽为12.5316GHz，因此该天线具有良好的宽带匹配特性；从方向图各频点仿真结果来看，扫频25GHz时，天线H面半功率主瓣宽度为：64，E面半功率主瓣宽度为：51，主瓣增益为：8.5745；而在扫频为12GHz时，天线H面半功率主瓣宽度为：58，E面半功率主瓣宽度为：92，主瓣增益为：6.2455。即所设计V

28、ivaldi的主瓣宽度在低频段变宽、主瓣增益在低频段下降较快，这是因为作为端射式行波天线的一种，Vivaldi天线的方向性系数及波束宽度与渐变槽线的长度密切相关。2.4 本章小结本章首先介绍了设计带状线馈电Vivaldi天线所需掌握的Vivaldi天线原理-比例变换原理、Vivaldi天线辐射原理、Vivaldi天线的电流结构以及Vivaldi天线的馈电结构。其次给出了设计的带状线馈电Vivaldi天线的结构及优化后的各参数。最后运用高频结构仿真器对设计天线进行仿真，通过仿真结果对设计天线进行分析，并指出了设计天线有待改进的地方。3 基于带状线馈电Vivaldi天线的低剖面设计3.1 引言自1

29、979年Vivaldi天线被首次提出起，Vivaldi天线已发展了30多年。随着通信、雷达技术的发展，Vivaldi天线技术也不知不觉中得到了迅速的发展。近年来，伴随着新型智能天线通信的问世，对Vivaldi天线提出的要求也越来越多。近年来，通过大量研究者的不懈努力，具备不同优良性能的改进型Vivaldi天线被相继提出，如：在天线结构上，S. Sugawara等人提出了一种能够有效改善口面方向性的波纹边缘结构的新型Vivaldi天线，在该种结构的基础上，学者们再次做了进一步的研究先后提出了梳状结构、棕榈树结构等性能更好的天线结构。这些设计在原理上是一致的，即是通过延长表面电流的路径，进而增加V

30、ivaldi天线的等效电长度，从而改善天线性能或者实现天线的低剖面设计。2006年2月，Daniel H . Schaubert 和Sreenivas Kasturi 提出提高介质板介电常数能够有效增大天线带宽的思路。研究表明，介质板介电常数的增大在使高频端的平均阻抗下降的同时，也有效地使低频端的电抗，并使其保持在较低的水平上，即降低了天线的输入阻抗，更有利于天线的匹配。然而高介电常数的介质基板也会相应增大介质损耗，减小天线的辐射效率、降低天线的增益以及可能会激发表面波，致使波形和带宽可能会受到不良的影响。目前实现微带线馈电Vivaldi天线低剖面的有效方法大致可以分为以下几类：1. 增大介电

31、常数；2. 通过表面开槽的形式；3. 短路加载；4. 加载辐射贴片、有源网络；5. 采用左手介质或电磁带隙结构。本章主要通过表面开槽的形式探索实现带状线馈电Vivaldi天线低剖面的实现方法。3.2 介质基板上加金属周期凹槽在本设计，选用在介质基板前方加载金属周期凹槽的方法尝试有效地抑制带状线馈电Vivaldi天线的副瓣，减小Vivaldi 天线的后向散射，从而使得天线波束宽度变窄、主瓣增益有所增加，进而实现低剖面设计。通过参考文献和参考文献可知，当金属周期凹槽深度在0 d 范围内时，金属凹槽结构为感性，此时支持表面波传播，但传播速度取决于金属周期凹槽的深度；当金属周期凹槽深度在 范围内时，金

32、属凹槽结构为容性，此时表面波不能进行传播，理论上应迅速衰减；当金属周期凹槽深度 时，也能够有效阻止表面波的传播；当时，以上两种现象交替出现。总之，介质基板加金属周期凹槽结构理论上是能够有效地将表面波限制在周期凹槽内部，从而降低边缘绕射现象的。图3.1 设计效果图如图给出了所设计带状线馈电Vivaldi天线介质基板加周期凹槽结构在三维电磁仿真HFSS软件中的设计效果图。此处周期金属凹槽的金属片厚度选为0.2mm。仿真结果如下： 图3.2 回波损耗曲线 图3.3 扫描频点：25GHz 图3.4 扫描频点：18GHz 图3.5 扫描频点：12GHz整理数据如下：表3.1 介质基板加周期凹槽仿真数据扫

33、描频点H面半功率点覆盖角度H面半功率主瓣宽度E面半功率点覆盖角度E面半功率主瓣宽度主瓣增益25GHz581226470110408.811118GHz421379560121617.919112GHz611195847133866.5103由仿真回波损耗曲线可知：该种介质基板加金属周期凹槽改进结构的覆盖频段为：11.103426.6000，带宽为：14.8966。与上一章所设计的传统带状线馈电Vivaldi天线相比（14.5000GHz27.0316GHz），整个覆盖频段往低频段扩展，带宽有所变大；而有HFSS仿真方向图可知：相比于所设计的传统带状线馈电Vivaldi天线而言，天线在25GHz

34、时，E面半功率主瓣宽度略有变宽，主瓣增益有所增大，但效果不是很明显；在18GHz时，天线性能几近相同；在12GHz时，E面半功率宽度略有变窄，主瓣增益同样有所增大，但效果不明显。总之，采用介质基板加金属周期凹槽的方法能够稍微改善天线的性能，但改善的效果甚微，故很难运用该种方法实现低剖面的设计。3.3 带状线金属板侧边开周期栅栏由传统带状线馈电Vivaldi天线结构分析可知，电磁能量在由槽线起始端向槽线截止端行进途中主要集中在中间指数型槽线附近，而在槽线宽度处所分布的电磁能量较少，这样会导致副瓣辐射的增加。因而，为了实现抑制副瓣电平，增大主瓣增益，本节中设计了一种在金属贴片侧边开横向周期栅栏的方

35、法改变天线表面电流的分布。该结构能够使电磁能量集中于辐射臂的内侧，并且在一定程度上改变了电流的走向，使其在主瓣辐射方向上得到加强，从而期望改善天线的辐射特性。同时，该结构也延长了表面电流的有效路径，即意味着增加了天线的等效电长度，对于天线的小型化设计是较为有利的。本节给出了所设计带状线馈电Vivaldi天线带状线金属板侧边开横向周期栅栏结构在三维电磁仿真HFSS软件中的设计效果图。为了把槽线较宽处的电磁能量尽可能集中在槽线上，槽线较窄处的电磁能量保持原有的分布，此处选取在槽线段开不同深度的横向栅栏，即槽线较宽处横向栅栏的深度较深，槽线较窄处，横向栅栏的深度较浅。图3.6 设计效果图 仿真效果图

36、如下： 图3.7 回波损耗曲线 图3.8 扫描频点：25GHz 图3.9 扫描频点：18GHz 图3.10 扫描频点：12GHz整理数据如下：表3.2 侧边开周期凹槽仿真数据扫描频点H面半功率点覆盖角度H面半功率主瓣宽度E面半功率点覆盖角度E面半功率主瓣宽度主瓣增益25GHz601206074107339.620618GHz611205968113458.736912GHz571236651130797.3987仿真结果可看出：1.-10dB频带宽度明显往低频段拓展，频段覆盖范围变大；2.在各工作频段内，E面和H面半功率主瓣宽度减小，即天线定向性更好，且主瓣增益与传统带状线馈电Vivaldi天

37、线相比较，有明显的增大。总之，带状线金属板侧边开周期栅栏的方法有实现低剖面设计的可能。3.4 带状线金属板侧边及后边均开周期栅栏由上节结论可知，带状线馈电Vivaldi天线侧边开横向周期栅栏结构能够实现抑制副瓣的目的，但从仿真结果来看，天线的后瓣辐射过大，即天线的性能有待于进一步的改善。为了解决天线后瓣辐射过大的问题，本节选取在金属板后方开纵向周期栅栏的方法，探究带状线馈电低剖面的设计。本节给出了所设计带状线馈电Vivaldi天线带状线金属板侧边及后边均开周期栅栏结构在三维电磁仿真HFSS软件中的设计效果图。图3.11 设计效果图 回波损耗仿真图如下： 图3.12 L=12mm 回波损耗曲线图

38、3.13 L=14mm 回波损耗曲线图3.14 L=16mm 回波损耗曲线图3.15 L=18mm 回波损耗曲线图3.16 L=20mm 回波损耗曲线图3.17 L=22mm 回波损耗曲线图3.18 L=24mm 回波损耗曲线由以上扫描回波损耗曲线可知：当时，-10dB频带宽度覆盖范围均比所设计的传统带状线馈电Vivaldi天线的阻抗带宽大。由以上截图不难看出，传统带状线馈电Vivaldi天线在L=25mm与使用金属板侧边及后方均开周期栅栏的方法改进后的天线在L=14mm时，有着相近的覆盖频宽。即从频带宽度的角度上看，带状线金属板侧边及后方均开周期栅栏的方法能够实现带状线馈电Vivaldi天线

39、的小型化设计。方向图仿真结果如下： 图3.19 扫描频点：25GHz L=12mm图3.20 扫描频点：25GHz L=14mm图3.21 扫描频点：25GHz L=16mm图3.22 扫描频点：25GHz L=18mm图3.23 扫描频点：25GHz L=20mm图3.24 扫描频点：25GHz L=22mm 图3.25 扫描频点：25GHz L=24mm整理数据如下：表3.3 侧边及后边均开周期凹槽仿真数据（25GHz）L（mm）H面半功率点角度（）H面半功率主瓣宽度（）E面半功率点角度（）E面半功率主瓣宽度（）主瓣增益（dB）123114911860118587.656114351451

40、1067112458.058216431369371108378.820418441359173107348.820420471338671109388.820422531277472107359.202224571236674106329.9414由以上整理数据可知：在扫描频率为25GHz时，传统带状线馈电Vivaldi天线在L=25mm与使用金属板侧边及后方均开周期栅栏的方法改进后的天线在L=14mm时，有着相近的主瓣增益，E面半功率主瓣宽度有所减小，但H面半功率主瓣宽度稍微有所展宽。 图3.26 扫描频点：18GHz L=12mm图3.27 扫描频点：18GHz L=14mm图3.28

41、扫描频点：18GHz L=16mm图3.29 扫描频点：18GHz L=18mm图3.30 扫描频点：18GHz L=20mm图3.31 扫描频点：18GHz L=22mm 图3.32 扫描频点：18GHz L=24mm整理数据如下：表3.4 侧边及后边均开周期凹槽仿真数据（18GHz）L（mm）H面半功率点角度（）H面半功率主瓣宽度（）E面半功率点角度（）E面半功率主瓣宽度（）主瓣增益（dB）12571236664116529.294114601206064115519.494716601206064116529.385018601206064116529.13402062119576411

42、6528.979022621185665114499.032224601216164115518.8376由统计表格可以看出：在扫描频率为18GHz时，传统带状线馈电Vivaldi天线在L=25mm与使用金属板侧边及后方均开周期栅栏的方法改进后的天线在L=12mm时，有着相近的主瓣增益、H面半功率主瓣宽度以及E面半功率主瓣宽度。图3.33 扫描频点：12GHz L=12mm 图3.34 扫描频点：12GHz L=14mm 图3.35 扫描频点：12GHz L=16mm图3.36 扫描频点：12GHz L=18mm图3.37 扫描频点：12GHz L=20mm 图3.38 扫描频点：12GHz L=22mm 图3.39 扫描频点：12GHz L=24mm整理数据如下：表3.5 侧边及后边均开周期凹槽仿真数据（12GHz）L（mm）H面半功率点角度（）H面半功率主瓣宽度（）E面半功率点角度（）E面半功率主瓣宽度（）主瓣增益（dB）123814210459121626.8612