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1、使用FEKO軟件設計分析VIVALDI天線陣發(fā)表時間：2009-7-17?作者:李瑩??來源:安世亞太關鍵字:ansys?平衡Vivaldi天線?天線陣列?拋物面天線?Vivaldi天線是一種槽線超寬帶天線，它是由較窄的槽線過渡到較寬的槽線構成的，槽線呈指數規(guī)律變化，將介質板上的槽線寬度逐漸加大，形成喇叭口向外輻射或向內接收的電磁波。這種天線是一種高增益、線極化天線。從理論上講，它有很寬的頻帶，可以做成隨頻率變化具有恒定增益的天線。由于平衡Vivaldi天線為多層介質與金屬相間的幾何結構，且金屬貼片部分為弧線漸變，對仿真軟件的計算能力提出了挑戰(zhàn)?；贔EKO對
2、這類問題強大的計算能力，本文將采用FEKO為工具，設計并分析平衡Vivaldi天線組成的天線陣列，并將其作為拋物面天線的饋源，以獲得35dB以上的高增益，這類反射面天線普遍應用于遠距離通信和高分辨率雷達中。1前言???FEKO是針對天線設計、天線布局、電磁兼容性分析等而開發(fā)的專業(yè)電磁場分析軟件。FEKO從嚴格的積分方程出發(fā)，以矩量法（MOM）及多層快速多極子（MLFMM）算法為基礎，不需要建立吸收邊界條件，沒有數值色散誤差。它將矩量法與高頻分析方法（物理光學PO，一致性繞射理論UTD）完美結合，因此非常適合于分析天線設計中的各類問題。對于電小結構的天線，FEK
3、O中可以采用完全的矩量法進行分析，對于具有電小與電大尺寸混合結構的天線，FEKO中既可以采用多層快速多極子法，又可以采用混合方法：用矩量法分析電小結構部分，而用高頻方法分析電大結構部分。???Vivaldi天線是一種槽線超寬帶天線，它是由較窄的槽線過渡到較寬的槽線構成的，槽線呈指數規(guī)律變化，將介質板上的槽線寬度逐漸加大，形成喇叭口向外輻射或向內接收的電磁波。在不同的頻率上，它的不同部分發(fā)射或接收電磁波，而各個輻射部分相對于對應的不同頻率信號的波長的電長度是不變的。這種天線是一種高增益、線極化天線，所以理論上講，它有很寬的頻帶，可以做成隨頻率變化具有恒定增益的天
4、線。在設計頻段內具有相同的波束寬度。此外，它還具有良好的時域特性，時域接收波形具有非色散特性，因此它是一種非常有潛力的超寬帶天線。本文將計算采用平衡Vivaldi天線組成天線陣列，并將其作為拋物面天線的饋源。2天線陣及拋物面天線的設計與仿真???平衡Vivaldi天線的優(yōu)點：傳統(tǒng)的Vivaldi天線受饋電結構限制且交叉極化水平較高。平衡Vivaldi天線在介質基片兩側貼有漸變形狀的金屬片在介質基片中心加入了一片與兩側金屬覆層對踵的薄金屬，以此來平衡天線內部的電場方向。由于介質基片兩側的金屬覆層接地，電磁波由介質基片中心的薄金屬饋入，輻射電磁波的電場由介質基片中
5、心的薄金屬分別指向兩側的接地板，因此無論中心的薄金屬與兩側金屬覆層之間的位置如何改變，輻射電磁波的總電場方向始終平行于天線平面。拋物面天線是使用最廣泛的高增益天線，在遠距離通訊和高分辨率雷達中都有重要應用。在微波波段，其增益一般遠超過30dB，用任何單個天線都很難得到這樣高的增益2.1Vivaldi天線陣的仿真???Vivaldi天線的工作原理：對于某個特定的工作頻率，整個天線結構中，只有槽線寬度與波長接近的區(qū)域才能向空間形成有效的輻射，當工作頻率發(fā)生變化，則輻射的區(qū)域也相應變化，且輻射區(qū)域槽線的寬度與輻射的波長成正比。由于不同工作頻率下Vivaldi天線的電
6、尺寸始終保持不變，天線的輸入阻抗和輻射方向圖在整個工作頻帶內也可以保持近似不變，因此其天線具有寬頻帶特性。2.1.1Vivaldi天線單元???在FEKO中建模如圖1(a)所示，圖1(b)是它的剖面圖。由于未知量數較少，采用MOM算法，所得結果如圖2。?圖1(a)Vivaldi天線單元模型???????圖1(b)剖分后的Vivaldi天線單元模型圖2（a）E面和H面方向圖???????????圖2（b）三維方向圖圖2（c）S11曲線???從上面的計算結果可以看出，此Vivaldi天線在很寬的頻帶內具有良好的駐波，并且方向圖保持前向輻射。由于此Vivaldi天線
7、具有很純凈的水平極化分量，下面將采用二維正交形式組陣，以此獲得圓極化、前向輻射、寬頻帶的Vivaldi天線陣，進一步可以作為反射面天線的饋源。2.1.22*2陣列的計算???建立如圖3所示的2*2Vivaldi天線陣列，采用FEKO的快速多極子算法（MLFMM），所得方向圖計算結果如圖4所示。圖32*2陣列模型????圖4E面和H面方向圖???多層快速多極子（MLFMM）方法是在MOM的基礎上分組計算單元間的相互作用，這種方法可以高精確地分析電大問題。在對內存需求上，MLFMM正比于NlnN，而MOM正比于N2，所以這個技術對內存的需求隨未知量數目的增長比起傳
8、統(tǒng)MOM要小。2.1.33*2*2陣列
