Vivaldi天線設計與分析

2016-10-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

Vivaldi 天線,也稱錐形槽天線(TSA),是一種針對寬帶應用的理想天線。它結構簡單、易于制造,同時還有很高的增益,因此非常受歡迎。設計Vivaldi 天線時,我們可以使用仿真軟件來計算它的遠場模式和阻抗。

名稱由來

Vivaldi 天線由Peter Gibson 發明。Gibson 酷愛音樂,這也許就是他選擇以巴洛克作曲家Antonio Vivaldi 的名字來命名這款天線的原因。雖然有多個故事版本,但Gibson 極可能是因為天線形狀類似于Vivaldi 時代的一種樂器而選了這個名字,類似小提琴、大提琴或小號的截面。

一款通用型天線

Vivaldi 天線具有很強的可塑性。天線在一層柔韌的薄基底上構建,因此能夠適應各種表面;這也意味著它可以用于不同環境下的各種應用。

有一份專利就涉及在飛機中使用雙Vivaldi 單元饋電部分,這正是由于天線能夠做成流線型的緣故。另一個Vivadi 天線可以用于飛機中的原因是,它最高能夠處理2 馬赫的速度。現在這類天線正日趨成熟。

飛機(圖片為Bj?rn 自行拍攝。
已獲得Creative Commons Attribution Share Alike 2.0授權,并通過Wikimedia Commons分享)

您還可以在醫院里看到Vivaldi 天線。結合天線與微波成像技術,醫生能夠更好地進行乳腺癌和腦癌檢測。

當使用Vivaldi 天線進行乳腺癌檢查時,會用到一種名為I-MUSIC 的干涉儀。這里的MUSIC 并非作曲家Vivaldi 所譜寫的音樂,I-MUSIC 是干涉多信號分類(interferometric Multiple Signal Classification) 的首字母縮寫,現在已經發展成為一種強大的腫瘤檢測方法。

Vivaldi 天線(本身及修改版)的應用范圍非常廣。安保人員可以用它來探測隱藏的武器,軍事人員可以將它按陣列結構安置作為高量程雷達。

本款通用型天線可以實現許多功能,但首先我們希望分析一下天線的設計來了解它的工作原理。

借助仿真分析Vivaldi 天線的設計

我們使用Vivaldi 錐形槽天線(TSA) 模型分析了天線的遠場模式和阻抗,借此對天線進行分析。

我們的模型模擬了一個真實的Vivaldi 天線設計,使用介電薄層基底來表征天線。在基底之上,錐形槽上附有一層完美電導體(PEC) 接地面圖案。我們通過指數函數e0.044x 得到了錐形槽的曲線。錐形槽本身看起來有些像喇叭,寬端逐漸彎成一條較窄的線。但與喇叭不同的是,薄端會連接至一個圓槽,寬端則會向空氣敞開,如下圖所示。