应用HFSS设计小型化Vivaldi天线DesigntheCompactVivaldi.PDF

ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 应用 HFSS 设计小型化 Vivaldi 天线 黄克猛，蒲洋 [中国电子科技集团公司第十研究所，610036] [ 摘 要 ] 本文采用 Ansoft 公司的 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。 [ 关键词 ] Ansoft HFSS ； Vivaldi 天线； 小型化； 宽带 Design the Compact Vivaldi Antenna Using HFSS huangkemeng，puyang [Southwest China Institute of Electronic Technology, 610036] [ Abstract ] A compact vivaldi antenna is designed by using Ansoft HFSS in this paper. The antenna can cover 0.38GHz~2.7GHz, the size only 90mm ×130mm. In order to achieve compactness, the antenna is fed by a microstrip balun , loaded by resistance and inductance. [ Keyword ] Ansoft HFSS ； Vivaldi Antenna ； Compact ； Broadband 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。文献【1】中设计了一种工作在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。 ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 图 1 天线结构图 图2 驻波敏感参数 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3 初步仿真结果 图4 微扰功能设置 图5 使用微扰功能调节驻波