新型超宽带巴伦及其在宽带Vivaldi天线中的应用(2)
4.3.2 天线的仿真结果 26
4.3 模型仿真结果分析和模型优化 27
4.3.1 巴伦的扫描参数优化 27
4.3.2 天线的优化 29
5 总 结 31
致 谢 33
参考文献 34
1 引言
本论文主要是基于过渡互联结构设计出具有超宽带、小型化、输出端口具有良好匹配特性的巴伦并将其应用于宽带的Vivaldi天线中。本文涉及到了巴伦的工作特性以及目前国内外在该领域的研究现状；从电磁场的角度理解不同过渡结构中电磁场的分布特性并采取合适的过渡结构并将其应用到巴伦的设计中；在掌握宽带Vivaldi天线的工作特性和天线的设计方法的基础上，将已设计的新型超宽带巴伦应用于天线的馈电网络；熟练掌握电磁仿真软件（HFSS），对设计的电路进行精确电磁仿真；对设计的新型巴伦及天线进行测试，并且对测试结果进行讨论分析。
1.1 巴伦以及Vivaldi天线的研究背景和现状
1.1.1 巴伦的背景和研究意义
1.1.2 巴伦的发展趋势
1.1.3 Vivaldi天线的背景和研究意义
1979年Gibson教授提出的Vivaldi天线是一种槽宽按照指数函数渐变的槽线天线，如图1.1所示。在当代的很多通信系统内，都尽可能提高天线工作的带宽。
图1.1 Vivaldi天线
微带Vivaldi天线通过微带馈电形式，达到高频带、轻重量、结构紧凑的特点，从理论上讲它是一些具有非周期结构的缝隙宽度连续逐渐变换的天线。它具有高的增益，频带可以做的很宽，是随频率变化具有恒定增益的微带天线[3]。此外，阵列单元也可以用Vivaldi天线来实现，在实际中此天线展现了卓越的性能，单极化和双极化阵列可以用多个此类天线来实现，能够在宽频带宽扫描角的相控阵和宽带天线阵列中使用[4]。军事领域，其组成的相控阵可以接受多种频率多种极化方式的电磁波信号，还可以用于多波段卫星通信系统和空间功率分配及射电望远镜等各种宽带测量系统技术中[5]。同时因为Vivaldi天线是平面天线，结构不复杂，通过使用印刷技术使其与其它模块的结构集成在一个电路中，正是基于此，它在测量和接受系统中得到了应用，用来传输和接收短脉冲，检测信号。
Vivaldi天线与其它微带天线相比而言体现出了明显的优势，本文对Vivaldi天线的辐射单元，辐射机理做了研究，设计了天线并对所做设计的天线用HFSS软件进行仿真，进而探讨了设计的Vivaldi天线的工作性能。
1.1.4 Vivaldi天线的发展现状
1.3 Ansoft HFSS软件简介
HFSS（High Frequency Structure Simulator)是依据电磁场有限元方法（FEM)分析微波问题的。它是一种三文的电磁模拟分析仿真软件，实用性很强。由美国Ansoft公司研发，HFSS软件以其不可比拟的仿真精确度和仿真程度的可靠性、相对短的仿真时间、人体适用性好的操作界面、稳定成熟的自适应的网路剖析技术，使HFSS成为微波设计工程师的第一选择的仿真软件和行业内执行的仿真标准，被广泛应用于通信、半导体、航天、电子、计算机、航空等多个领域。它在切向矢量上有限元法方面的应用，可求解关于任意微波器件的电磁场分布和三文射频，由电磁波的辐射和材料的消耗引起的损耗也可以求的。并能直接求出设计系统的特征阻抗、特定吸收率、S参数及电磁场、传播系数、辐射场和天线方向图等数值。在馈线、环行器、功分器、多工器、滤波器、天线、光电器件、隔离器的设计和电磁兼容、电磁干扰、天线布局和互耦问题的解决中使用广泛。HFSS可以及时迅速的求出各种微波/射频器件的电磁辐射特征，在电子真空器件中，HFSS做到准确的仿真了有关器件的色散参数，求出了归一化电磁波的频率和相速关系，结构中电磁分布也可求出，H场和E场都在内。在天线和天线所在的系统设计中，软件能完成全面的仿真功能，准确的仿真计算天线的有关参数，其中主要有天线的增益、二文及三文远场/近场辐射方向图、电磁场辐射的半功率波瓣宽度、天线的输入、输出阻抗、系统内部电磁场分布、轴比、S参数模型、电压驻波比。HFSS不仅可以做到自动和精准地提取高速互联结构、可靠的仿真光电器件的特性，并且应用频率可以做到达到光波的频率波段。现在软件已经成为微波工程师进行有关微波电路设计、天线设计、电磁兼容设计等最有力、最可靠和最基本的使用软件工具。
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