Vivaldi天线设计与分析

2016-10-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

Vivaldi 天线,也称锥形槽天线(TSA),是一种针对宽带应用的理想天线。它结构简单、易于制造,同时还有很高的增益,因此非常受欢迎。设计Vivaldi 天线时,我们可以使用仿真软件来计算它的远场模式和阻抗。

名称由来

Vivaldi 天线由Peter Gibson 发明。Gibson 酷爱音乐,这也许就是他选择以巴洛克作曲家Antonio Vivaldi 的名字来命名这款天线的原因。虽然有多个故事版本,但Gibson 极可能是因为天线形状类似于Vivaldi 时代的一种乐器而选了这个名字,类似小提琴、大提琴或小号的截面。

一款通用型天线

Vivaldi 天线具有很强的可塑性。天线在一层柔韧的薄基底上构建,因此能够适应各种表面;这也意味着它可以用于不同环境下的各种应用。

有一份专利就涉及在飞机中使用双Vivaldi 单元馈电部分,这正是由于天线能够做成流线型的缘故。另一个Vivadi 天线可以用于飞机中的原因是,它最高能够处理2 马赫的速度。现在这类天线正日趋成熟。

飞机(图片为Björn 自行拍摄。
已获得Creative Commons Attribution Share Alike 2.0授权,并通过Wikimedia Commons分享)

您还可以在医院里看到Vivaldi 天线。结合天线与微波成像技术,医生能够更好地进行乳腺癌和脑癌检测。

当使用Vivaldi 天线进行乳腺癌检查时,会用到一种名为I-MUSIC 的干涉仪。这里的MUSIC 并非作曲家Vivaldi 所谱写的音乐,I-MUSIC 是干涉多信号分类(interferometric Multiple Signal Classification) 的首字母缩写,现在已经发展成为一种强大的肿瘤检测方法。

Vivaldi 天线(本身及修改版)的应用范围非常广。安保人员可以用它来探测隐藏的武器,军事人员可以将它按阵列结构安置作为高量程雷达。

本款通用型天线可以实现许多功能,但首先我们希望分析一下天线的设计来了解它的工作原理。

借助仿真分析Vivaldi 天线的设计

我们使用Vivaldi 锥形槽天线(TSA) 模型分析了天线的远场模式和阻抗,借此对天线进行分析。

我们的模型模拟了一个真实的Vivaldi 天线设计,使用介电薄层基底来表征天线。在基底之上,锥形槽上附有一层完美电导体(PEC) 接地面图案。我们通过指数函数e0.044x 得到了锥形槽的曲线。锥形槽本身看起来有些像喇叭,宽端逐渐弯成一条较窄的线。但与喇叭不同的是,薄端会连接至一个圆槽,宽端则会向空气敞开,如下图所示。