Vivaldi天線及其改進(jìn)方法的仿真研究

摘 要： 選擇強(qiáng)方向性Vivaldi天線作為研究對(duì)象,基于等效電路等理論分析確定了天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用高頻仿真軟件Ansoft HFSS 11對(duì)天線的電性能進(jìn)行定量分析。提出在天線兩側(cè)開(kāi)柵欄和尾部加抗流柵欄的優(yōu)化方法，將天線金屬貼片上的表面電流匯聚于槽線部分,明顯改善了天線的輻射特性，在350 MHz和830 MHz的增益分別達(dá)到5.7 dBi和8.7 dBi。
關(guān)鍵詞： 臨近空間; Vivaldi天線; 通信

作為漸變槽線天線中的代表性類型，1979年由GIBSON P J提出的指數(shù)漸變槽線天線(Vivaldi)具有寬頻帶、高增益、波束對(duì)稱和容易集成等特點(diǎn)[1]。但是目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)這種天線的研究大多集中在UWB規(guī)定的頻段，對(duì)UHF波段的應(yīng)用還沒(méi)有深入研究[2-4]。本文設(shè)計(jì)一種UHF頻段的輕型化、高增益、寬頻帶的Vivaldi天線，能有效覆蓋多個(gè)頻段。

本文對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，槽線的寬端開(kāi)口H約為六分之一介質(zhì)波長(zhǎng)68.5 mm時(shí)，天線在350 MHz時(shí)的特性沒(méi)有受到明顯影響，而且也能有效地減少介質(zhì)基板的尺寸。而槽線窄端開(kāi)口WSL考慮加工精確度取1.4 mm。微帶饋線寬度與扇形短截線、圓形諧振腔各參數(shù)利用仿真軟件優(yōu)化，最后確定整個(gè)天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

通過(guò)Ansoft HFSS 11軟件建立UHF波段Vivaldi天線模型，介質(zhì)基板正面為帶指數(shù)漸變槽線、等寬度槽線和圓形諧振腔的金屬層，背側(cè)為微帶饋線和扇形微帶短截線組成的饋電結(jié)構(gòu)。根據(jù)該模型計(jì)算得到的駐波比如圖1所示。