HFSS学习笔记——Vivaldi天线仿真（一）

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于 2022-11-19 22:00:56 首次发布
本文介绍Vivaldi天线的工作原理及其在HFSS中的仿真过程。重点讲解了如何利用HFSS绘制指数函数曲线及锥形曲面，为天线设计提供指导。

HFSS学习笔记——Vivaldi天线仿真（一）

Vivaldi天线简介

Vivaldi 天线是一种行波天线，具有端射特性，其导体贴片上开有渐变、非周期性的开槽。其上电流沿槽线分布，不同的工作频率对应槽线的不同部位来实现接收或辐射电磁信号。理论上，Vivaldi 天线工作在不同频点处，其电尺寸、方向图几乎不变，可以实现随工作频率变化而增益稳定。因此，Vivaldi天线具有宽频带，高增益，波束宽度可调等诸多优点。

Vivaldi 天线贴片上的开槽由一个圆形槽开始，连接一小段矩形槽，然后逐渐过渡到宽槽，矩形槽至宽槽口之间的槽线呈指数规律渐变张开，整个开槽结构类似于一个平面喇叭。槽的坐标参数如下图所示。
槽坐标图

在HFSS中，最难画的应该就是指数函数曲线 y=s×eaxy = s \times {e^{ax}}y=

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如图所示Vivaldi天线的结构，其中W是槽线的最大开口尺寸，wslot是槽线的最小开口尺寸，槽的垂直长度为L(即TL-SL)，SL为矩形槽的长度，RC为圆形谐振腔的半径。根据个人需求分析，槽线的最大开口尺寸W=38mm，长度L=52mm，圆形开路腔的半径rc=3.3mm，等宽窄槽缝的长度SL=6.6mm。该结构主要由两段半径和一条圆弧线段构成，绘制时以上一段传输线的两端为起点，分别绘制第一段半径，弧线段和第二段半径后，将曲线进行布尔操作“unite”从而绘制成面，完成馈电结构。
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天线在工作时，矩形条的内部能够产生感应电流，从而增强信号的方向性，提高信号传输的效率和稳定性。通过调整天线引向器的位置，可以减少外部干扰对信号的影响，提高信号的清晰度和稳定性。天线引向器可以帮助天线将信号辐射或接收到更远的距离，增加电磁波的辐射范围，提高所收集信号的全面性、真实性。指数渐变槽用来传输并辐射能量，从指数线的始端到末端开口越来越大，当指数线的缝隙宽度大于对应频段波长的一半时，能量将会脱离束缚向外辐射。馈电选择梯形和扇形的结构，使得天线具有良好的匹配和较低的反射损耗。其中扇形的角度为120°。
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