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随着电子对抗、超宽带通信等领域的快速发展,电子系统对天线的带宽要求越来越宽,对增益要求越来越高,Vivaldi天线作为宽带天线的重要代表之一,自1970年问世就获得了持续的关注,在射电天文、医学成像、宽带测量等系统中拥有广泛的应用。然而,传统对踵Vivaldi天线(CAVA)虽然有着较宽的驻波带宽,但其增益在工作带宽内波动较大,高频段方向图畸变严重,这些问题大大限制了 Vivaldi天线的实际应用。为了改善对踵Vivaldi天线的性能,本文的具体研究内容如下:针对CAVA低频段和高频段增益较低的问题,本文将辐射臂边缘周期波纹加载和多层介质透镜加载(PSEAVA-TDL)两种技术相结合,拓展了天线的低频截止带宽,改善了天线的辐射性能,提升了天线在全频段的增益,在4GHz及16GHz处天线的端射增益分别提升了 2.1 dB和7 dB,天线在宽频带内性能稳定。分析了介质单元对电磁波的相移特性,结合考虑口径面的相位差分布,以补偿相位差的方式设计了介质透镜的形状(PCDL),称为宽带近场介质透镜。详细分析、设计和讨论了加载PCDL的CAVA的性能,并进一步研究了多层PCDL加载对CAVA的阻抗特性和辐射性能的影响,最终透镜层数选定为7层,加载7层PCDL的CAVA(AVA-SPCDL)在低频段阻抗略有失配,通过在AVA-SPCDL的辐射臂边缘加载周期波纹克服了这一缺点,加载周期波纹和七层PCDL的CAVA(PSEAVA-SPCDL)被制造和测试,PSEAVA-SPCDL在频带内的增益为7.9-14.1 dB,相比CAVA提升了 2.2-9.5dB,天线具有稳定的方向图和更窄的半功率波瓣宽度和更高的前后比。同时,本文设计了对踵Vivaldi天线线阵,分析了增益突变频点相邻阵元辐射臂边缘相接处电场分布,提出了两种消除对踵Vivaldi天线线阵增益突变频点的新的改进结构,解决了全频段增益稳定性问题,并利用人工电磁材料加载技术进一步提升了阵列增益,两种改进结构还很大程度上降低了阵列辐射远场的交叉极化电平。综上,本文采用波纹加载、介质透镜加载以及人工电磁材料加载等方法,对传统对踵Vivaldi天线进行了改进,提升了天线在全频段内的增益,改进了天线的辐射性能,具有较高的实际应用价值。