Vivaldi天线及其改进方法的仿真研究

摘   要： 选择强方向性Vivaldi天线作为研究对象,基于等效电路等理论分析确定了天线的结构参数，采用高频仿真软件Ansoft HFSS 11对天线的电性能进行定量分析。提出在天线两侧开栅栏和尾部加抗流栅栏的优化方法，将天线金属贴片上的表面电流汇聚于槽线部分,明显改善了天线的辐射特性，在350 MHz和830 MHz的增益分别达到5.7 dBi和8.7 dBi。
关键词： 临近空间; Vivaldi天线; 通信
       作为渐变槽线天线中的代表性类型，1979年由GIBSON P J提出的指数渐变槽线天线(Vivaldi)具有宽频带、高增益、波束对称和容易集成等特点[1]。但是目前国内、外对这种天线的研究大多集中在UWB规定的频段，对UHF波段的应用还没有深入研究[2-4]。本文设计一种UHF频段的轻型化、高增益、宽频带的Vivaldi天线，能有效覆盖多个频段。
     
     本文对传统设计进行了改进，通过仿真实验，槽线的宽端开口H约为六分之一介质波长68.5 mm时，天线在350 MHz时的特性没有受到明显影响，而且也能有效地减少介质基板的尺寸。而槽线窄端开口WSL考虑加工精确度取1.4 mm。微带馈线宽度与扇形短截线、圆形谐振腔各参数利用仿真软件优化，最后确定整个天线的结构参数如表1所示。
   
       通过Ansoft HFSS 11软件建立UHF波段Vivaldi天线模型，介质基板正面为带指数渐变槽线、等宽度槽线和圆形谐振腔的金属层，背侧为微带馈线和扇形微带短截线组成的馈电结构。根据该模型计算得到的驻波比如图1所示。