應用HFSS設計小型化Vivaldi天線

    摘 要：本文采用Ansoft 公司的HFSS 軟件設計一種小型化的Vivaldi 天線，天線可覆蓋0.38GHz～2.7GHz，尺寸僅為90mm×130mm。為了實現(xiàn)小型化，該天線采用微帶線巴倫，并采用電阻和電感加載。

    1 前言

    Vivaldi 天線作為一種行波天線，具有端射輻射、工作頻帶寬、剖面低等特點。但是由于其低頻輻射特性受開口尺寸的限制UHF 頻段的Vivaldi 尺寸還是偏大，在小平臺上的使用受到限制。文獻【1】中設計了一種工作在0.5GHz～2GHz 的Vivaldi 天線尺寸約為263mm ×345mm，本文利用HFSS 仿真設計了一款工作在 0.38GHz～2.7GHz 的Vivaldi 天線，采用電阻、電感加載以及高介電常數(shù)的介質，最終天線尺寸僅為90mm×130mm。

    2. 天線設計

    Vivaldi 天線的結構見圖1，采用微帶耦合饋電，考慮到天線孔徑尺寸的限制采用高介電常數(shù)介質以及電阻電感加載的小型化措施。分析參數(shù)的敏感性可以得到敏感參數(shù)主要為： 諧振環(huán)的半徑 r-ring，微帶線的位置 offset_m89、L_m89，以及縫隙開口寬度W_slot，見圖2。該天線介質基片介電常數(shù)為10.2，縫隙區(qū)域和金屬區(qū)域的特性阻抗接近構成了一對互補對天線，因此天線的低頻諧振頻率都最大開口尺寸的影響不大，此方法可以作為設計小型化天線的一種思路。

圖1 天線結構圖

圖2 駐波敏感參數(shù)

    初步的駐波仿真結果見圖3，我們要用HFSS的微擾功能，將r-ring、offset_m89 、L_m89、W_slot 設置為微擾參量，見圖4。圖5 為仿真完成后使用results 選項中的Tune Reports 對S11 進行微擾，從圖6 中可以看出微擾的結果和仿真的結果很吻合。經(jīng)過多次微擾后可以得到圖7 的S11 參數(shù)，駐波見圖8。整個過程花費的時間約為 30 分鐘，可見采用HFSS 設計天線可以大大縮短研發(fā)周期。

圖3 初步仿真結果

圖4 微擾功能設置

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