天线是射电望远镜中的重要组成部件，Vivaldi天线由于其定向辐射、宽频带特性、低制造成本等优点，可以很好的应用于射电天文观测。射电望远镜观测的信号极其微弱，为了避免其它信号的干扰，通常情况下，望远镜会摆放在远离城市喧嚣的地方。即使如此，仍然会受到或多或少的信号干扰。

针对上述问题，西安交通大学刘海文教授团队研究设计了一款具有滤波特性的Vivaldi阵列天线。该研究相关的论文题为《An antipodal Vivaldi antenna array based on spoof surface plasmon polariton metamaterial with 5G mm Wave suppression》，该研究成果于2021年5月7日在Journal of Physics D：Applied Physics期刊发表。

在该研究中，研究团队利用spoof surface plasmon polariton (SSPP) 结构的低通特性，将一段非均匀SSPP结构加载在Vivaldi阵列天线的馈线处，使高频截止频率下降到24GHz，实现了高频5G毫米波信号的抗干扰。

为了验证设计思想的可行性，将设计好的具有滤波特性的Vivaldi阵列天线加工在一块大小为27.173mm×60mm的Rogers 5880介质板上。介质板的厚度、介电常数、损切角分别为0.787mm、2.2、0.001，如图1所示。

图1 所设计加工的Vivaldi阵列天线结构图

采用安捷伦公司的矢量网络分析仪对天线进行测试，测试的反射系数如图2(a)所示。加工的Vivaldi阵列天线在目标频段内的反射系数都低于-10dB。图2(b)给出了增益随频率变化的测试结果，最大测试增益值是10.1dBi，位于22.5GHz，最小测试增益是9.56dBi，位于24GHz。在目标频段内，增益值表现出平稳的趋势。在目标频段外，增益值明显下降，说明了Vivaldi阵列天线具有良好的滤波特性。验证了该Vivaldi阵列滤波天线设计方法的可行性。

图2 所设计加工的Vivaldi阵列天线的仿真与测试结果 (a) 反射系数 (b) 增益

这些特征在射电天文学中有很大的优势，借助于该类型的Vivaldi阵列滤波天线，射电望远镜可以接受位于22.01GHz到24GHz之间的来自遥远太空的无线电磁波，并能够无干扰的处理相关信号。

该项研究得到了国家自然科学基金重点项目（No. U1831201）和国家重点研发计划（No. 2017YFE0128200）的资助。

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