● 摘要
近年来，由于通信系统应用平台的苛刻要求，天线小型化成为越来越多的学者研究对象。Vivaldi天线作为一种端射行波天线，一直广泛应用于军事领域。本文主要研究了Vivaldi天线的工作原理，指出了其小型化中存在的一些误区，并指出了Vivaldi天线小型化的关键因素，提出了一种混合加载方法对其进行小型化。
首先，本文对Vivaldi天线工作原理进行了分析，分析其辐射区、匹配区的工作原理，指出了在Vivaldi天线小型化一定程度下，匹配区的设计制约着Vivaldi天线的工作带宽，尤其是低端工作频率，这也限制了Vivaldi天线的小型化。在此基础上，对IEEE文献中提出的Vivaldi天线小型化方法进行了验证，证明其小型化方法是错误的。
其次，综合前面对Vivaldi天线小型化原理的分析，创新性地提出一种混合加载方法来降低Vivaldi天线低端工作频率实现小型化：电阻加载和电抗加载。通过对多种加载方法的研究和比较，混合加载中的电阻加载采用了已有文献中在辐射顶端加载贴片电阻的方法，这种电阻加载方法可以很大程度地降低Vivaldi天线低端工作频率，扩展工作带宽；为了更进一步降低Vivaldi天线低端工作频率，实现小型化，在前文对Vivaldi天线小型化关键的分析基础上，利用CSRR（complementary split ring resonator）结构的谐振特性，对电阻加载的Vivaldi天线馈电部分进行电抗加载。经过仿真优化，物理尺寸为40mm*82mm*1mm（宽*长*高）的混合加载Vivaldi 天线在VSWR<3条件下，工作带宽覆盖0.6GHz-6.1GHz，相比于工作在1.9GHz-7.5GHz频段上的传统Vivaldi天线，低端工作频率降低了68.4%，工作带宽由4:1扩展到了10:1；为了验证混合加载小型化方法的有效性，制造了天线样机，通过测量和比较，实测数据和仿真数据较为吻合，证实了混合加载小型化方法的有效性。
关键词：Vivaldi天线，小型化，电阻加载，CSRR，混合加载