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无线通信技术在近年来得到了快速的进步,在不同领域中的应用越来越多。随着军用天线及雷达和通信标准的不断发展,目前,无线通信系统的特性不断向低成本、高增益、超宽带等方向发展,这将使天线的设计和优化工作的难度大大增加。通信系统在近年来对天线提出了更高的标准和更严的要求,尤其是天线的增益、带宽、和方向性成为最重要的设计指标。虽然有诸多方法可以使天线的增益得到提高,但有一些会对天线的带宽造成影响。本文利用引向器和零折射率超材料的波束汇聚特性,设计了一款高增益超宽带的Vivaldi天线,本文设计的天线工作在4-14GHz,相对带宽111%,涵盖了C波段、X波段和部分Ku波段,对高增益超宽带天线的设计具有一定的参考价值。论文的主要工作有以下几个部分:一、对Vivaldi天线的基本原理进行了详细阐述,讨论了三种Vivaldi天线各自的优势和劣势,并且研究了提升天线增益以及方向性的一些方法。二、通过在Vivaldi天线的辐射缝隙加载矩形引向器,提高了Vivaldi天线的增益,并研究了不同的引向器参数对天线增益的影响,最终设计了一款渐变矩形引向器,此款引向器对Vivaldi天线的中高频增益有一定的提升,与初始天线相比,7-12GHz频段平均提升0.58dB,12-14GHz平均提升1.41dB,最高在13GHz使提高了2dB。三、介绍了一种等效参数提取法,研究了一种零折射材料结构,并提取了材料的等效介电常数、折射率等参数,证明其可行性。再将此周期性零折射率材料加入Vivaldi天线设计中,通过采用12×6的零折射率材料阵列作为天线的延伸置于Vivaldi天线之前,设计了一种新型超宽带高增益天线。与原始天线相比,增加零折射率结构和引向器结构的天线增益得到了明显提高。在4-7GHz的低频频段,增益较初始天线平均提高了 1.31dB;在7-llGHz的中频频段,增益较初始天线平均提高了2.28dB;在11-14GHz的高频频段,增益较初始天线平均提高了2.45dB。工作频率在11.75GHz处增益提升最高,增加4.11dB,天线最大增益在9GHz处,达到13.8dBi。同时,天线的xoz、yoz面半功率波瓣宽度明显减少,天线方向性增强。