Vivaldi宽频带微带天线的设计与仿真

Vivaldi宽频带微带天线的设计与仿真

刘密歌

(西安文理学院　陕西西安　710065)

摘　要:根据微波暗室中天线近场测量系统的需要,设计了一副频率范围为015～415GHz的Vivaldi宽频带微带天线,并利用高频结构仿真软件HFSS对所设计天线的几何结构进行了优化,计算了天线的驻波比、方向图等重要的电性能参数。仿真结果表明该天线在整个工作频段内的电磁特性能很好地满足宽频带天线的技术指标要求,加工成型后可用在宽频带测量系统中作为标准的接收天线。

关键词:宽频带微带天线;近场测量;HFSS;电性能参数

中图分类号:TN957　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:10042373X(2007)232095202

DesignandSimulationofaVivaldiWidebandMicrostripAntenna

LIUMige

(Xi′anUniversityofArtsandScience,Xi′an,710065,China)

Abstract:Accordingtotherequirementofnearfieldmeasurementsystemanechoicwidebandmicros2tripantennain015～415GHzisdesigned.Byusinghighfrequency,itsstructureisopti2mizedandVSWRandradiationpatternarecomputed.Theinwholebandsatisfieswiththeneedofwideband.Furthermore,itbemeasurementsystemafterprocessed.

Keywords:wideband;HFSS;electricmagnecticperformance

　　泛用于微波通信接收系统及测量领域中。本文根据微波暗室天线近场测量系统的需要,要求设计一副频率范围为015～415GHz的宽频带接收天线,要求在该工作频率范围内,天线输入端的驻波比VSWR≤215;由于天线是作为接收天线来使用,所以要求其方向图很宽,即3dB波瓣宽度要求在60°以上。根据以上设计要求和天线在实际应用中的构架,本文选择Vivaldi宽频带微带天线作为所设计的宽带天线。因为Vivaldi宽频带微带天线不仅具有很宽的工作频带范围,而且还具有增益高、增益随频率变化恒定等优点,可以很好地满足设计要求。1　Vivaldi宽频带微带天线的结构

图1为Vivaldi宽频带微带天线的结构示意图。这种天线的结构比较简单,总共由三层材料组成:最顶层是金属接地板,在该接地板上掏出由槽线(实线所示)所围的缝隙结构,槽线由三部分构成,第一部分是圆形槽线,对微带传输线起到阻抗匹配作用;第二部分是矩形槽线,和微带传输线起到相互耦合传输电磁波的作用;第三部分是渐变槽线,对天线所辐射的电磁波起到引向作用。中间层是介质板。最底层是金属微带线(虚线所示),微带线的终端为扇形结构,主要起到终端负载匹配作用,微带线通过该介

质板向槽线耦合馈电。

收稿日期:2007204226

图1　Vivaldi宽频微带天线总体结构

2　Vivaldi宽频带微带天线的设计与仿真

Vivaldi宽频带天线是通过采用指数形状的缝隙结构来

控制电磁波从缝隙的一端向开口端辐射电磁能量的缝隙微带天线。本文根据微带传输线及槽线理论,结合具体的设计要求,通过数值求解确定了Vivaldi宽频带微带天线初步的几何尺寸,然后利用基于有限元法计算天线电磁特性的仿真软件HFSS对该天线进行建模仿真,仿真模型如图2所示。最外层的立方体为空气辐射窗,模拟天线在现实中的辐射环境,立方体里面是Vivaldi宽频带微带天线。根据仿真结果及具体的技术指标要求,利用HFSS自身的优化模块对模型的各部分几何尺寸进行整体优化,最后确定的

Vivaldi宽频带微带天线的几何尺寸参照图1如下所示。

b=2011cm;L=14cm;Lta=015cm;Ltc=015cm;Wsl=013cm;Wst=013cm;Dsl=2cm;Rr=116cm;Ar=

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