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应用HFSS设计小型化Vivaldi天线
黄克猛蒲洋

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本文采用HFSS软件设计一种小型化的Vivaldi天线，天线可覆盖0.38GHz～2.7GHz，尺寸仅为90mm×130mm。为了实现小型化，该天线采用微带线巴伦，并采用电阻和电感加载。 1 前言 Vivaldi天线作为一种行波天线，具有端射辐射、工作频带宽、剖面低等特点。但是由于其低频辐射特性受开口尺寸的限制UHF频段的Vivaldi尺寸还是偏大，在小平台上的使用受到限制。设计了一种工作在0.5GHz～2GHz的Vivaldi天线尺寸约为263mm×345mm，本文利用HFSS仿真设计了一款工作在0.38GHz～2.7GHz的Vivaldi天线，采用电阻、电感加载以及高介电常数的介质，最终天线尺寸仅为90mm×130mm。 2 天线设计 Vivaldi天线的结构见图1，采用微带耦合馈电，考虑到天线孔径尺寸的限制采用高介电常数介质以及电阻电感加载的小型化措施。分析参数的敏感性可以得到敏感参数主要为：谐振环的半径r-ring，微带线的位置offset_m89、L_m89，以及缝隙开口宽度W_slot，见图2。该天线介质基片介电常数为10.2，缝隙区域和金属区域的特性阻抗接近构成了一对互补对天线，因此天线的低频谐振频率都最大开口尺寸的影响不大，此方法可以作为设计小型化天线的一种思路。（图片）初步的驻波仿真结果见图3，我们要用HFSS的微扰功能，将r-ring，offset_m89、L_m89，W_slot设置为微扰参量，见图4。图5为仿真完成后使用results选项中的Tune Reports对S11进行微扰，从图6中可以看出微扰的结果和仿真的结果很吻合。经过多次微扰后可以得到图7的S11参数，驻波见图8。整个过程花费的时间约为30分钟，可见采用HFSS设计天线可以大大缩短研发周期。（图片） 3 实验结果通过仿真得到频带内若干个频点的方向图，以及增益曲线随频率的变化特性（图9）。从图9a）、b）中可以看到天线的辐射类似于偶极子辐射方式，可见是天线的金属部分在辐射，但频率升高时缝隙的辐射是主要的。（图片） 4 结论本文提出了一种Vivaldi天线的小型化方法，并采用HFSS对天线进行仿真。该天线的VSWR小于2的带宽为0.38GHz～2.7GHz，具有中等增益，可以广泛应用在接收天线中。 8/6/2013


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