Vivaldi天线及其改进方法的仿真研究
在不同频点金属贴片上的电流分布情况，如图4所示。在350 MHz时，栅栏上特别是最深的栅栏处电流分布较多，渐变槽线附近的电流被部分分散，这是因为低频端电长度相对较小，使得行波效应不明显，如图4(a)。随着频率的升高，天线的电长度增大，这时天线的电流就集中在渐变槽线附近，行波效应就明显，同时栅栏的辐射效果随着频率的升高逐渐减弱,如图4(b)、(c)所示。
天线的端射性能良好，主波束较宽，尾瓣稍显大。加载栅栏后天线的驻波(VSWR)值和增益(gain)值见表2所示。
从图2可以看出,天线金属贴片两侧的几何栅栏深浅不一，两边呈对称的梯形，栅栏的间距远小于四分之一波长，使得天线两边形成有规则的偶极子阵。靠近天线馈电结构的栅栏起到反射作用，离槽线最大开口处近的栅栏起到引向作用。由此，渐变槽线处的辐射和两边的栅栏辐射一起叠加形成整个天线的辐射。这两种辐射都具有端射的效果，从而极大地改善了天线低频端的特性。
3 尾部加抗流栅栏Vivaldi天线的仿真分析
通过在天线金属贴片两侧开多条对称几何栅栏的方法有助于改善天线的辐射性能。不过，通过对天线E面辐射方向图的研究，发现天线的尾瓣较大。结合前面改进的经验，可对天线结构做进一步改进，以减小后向辐射的尾瓣，进而提高天线的前向辐射性能。改进后天线的模型如图5所示： (1)在天线金属贴片的根部开纵向栅栏，形成尾部的抗流结构，将金属贴片根部的电流束缚到槽线上，减少天线的后向辐射，提高辐射的前后比；(2)同时相应地调整横向栅栏的数目、位置、宽度和深度。结合仿真软件对栅栏参数进行优化，以实现最佳的辐射方向图，优化后的参数值见表3所示。
图6绘制了天线加载横向栅栏以及纵向尾部栅栏前后驻波值的变化情况。在低频端350 MHz和高频端1.2 GHz时，天线前后两次结构改进的VSWR值相差不大,分别为1.08和1.19。但加尾部抗流栅栏使得中间频段830 MHz处的驻波特性得到显著改善，驻波值可降到1.5左右。而在1.2 GHz附近的驻波特性依然保持在1.19。从整体上看在320 MHz～1 GHz频率范围内均小于2，第二次改进的结构使天线的驻波特性要优于前面两种结构。
加载尾部抗流栅栏的天线结构对远场辐射改善也很明显。在低频端的350 MHz处天线的E-面和H-面均有良好的端射特性，增益提高近1.5 dBi，尾瓣明显被压缩，E-面半功率波瓣宽度变宽10°，H-面波束变宽20°。中间频段的830 MHz处天线的E-面主瓣宽度不变，H-面主瓣宽度增加了10°左右，增益提高0.8 dBi。而在1.2 GHz处的尾瓣压缩明显，相应E-面主波束宽度变宽4°，H-面为12°，增益提高了0.5 dBi，天线改进前后远场方向图的参数比较列于表4。其中，第二次改进的天线结构前后辐射比要好于第一次改进，说明加载尾部抗流栅栏对减弱天线后向辐射有明显作用。
本文选取渐变槽线天线作为研究对象，利用Ansoft HFSS 11仿真软件对设计天线进行了大量的仿真计算。通过分析天线表面的电流分布，对天线结构进行了优化与改进，提出了在金属贴片上开几何对称栅栏和加载尾部抗流结构的方法，提高了天线的增益，改善了整体的电性能，同时确保了天线的宽频带特性。
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