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HFSS仿真設計Ka波段微帶陣列天線

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    2.3 天線陣列設計

    在Ka 波段微帶天線設計中,運用Ka 波段的微帶矩形貼片單元構(gòu)成 2×2、4×4、16 ×16 等面陣形式,分析其阻抗特性及方向圖中的增益、波束寬度、旁瓣等是否滿足設計要求。其中陣元間距取約0.8λ (在仿真中單元間距取7mm)。

    2.3.1  2×2 陣列仿真

    仿真中的陣列結(jié)構(gòu)如圖4 所示。天線使用微帶線饋電,饋電端口的S11仿真結(jié)果如圖5 所示。結(jié)果表明S11 具有與單個天線單元相近的諧振頻率。但是由于饋電網(wǎng)絡匹配的影響,該陣列的反射比單個天線單元大。


圖4  2×2 陣列結(jié)構(gòu)圖


圖5  2×2 陣列S11 對于方向特性,

    2 ×2陣列方向圖仿真結(jié)果如圖6 所示。由于饋電網(wǎng)絡關于 XZ 面具有不 對稱性,再考慮單元本身不對稱性,導致 YZ 面的旁瓣增益明顯高于 XZ 面。

  圖圖6  2×2陣列方向圖   (a)XZ 面方向圖    (b)YZ 面方向圖

 

    2.3.2  4×4 陣列天線方向圖仿真

    仿真中的陣列結(jié)構(gòu)如圖7 所示。天線使用微帶線饋電,饋電端口的S11 仿真結(jié)果如圖8 所示。結(jié)果表明S11 具有與單個天線單元相近的諧振頻率。對于方向特性,4 ×4陣列方向圖仿真結(jié)果如圖9 所示。


圖7  4×4 陣列結(jié)構(gòu)圖


圖8  4×4陣列S11

 

圖9  4×4 陣列方向圖    (a)XZ 面方向圖    (b)YZ 面方向圖

    2.3.3  16×16 陣列天線方向圖仿真

    考慮16×16 陣列(尺寸約為120mm×120mm),直接進行仿真需要較多的資源。作為解決方案,本設計利用 4×4 陣列作為子陣,根據(jù)方向圖乘法得16×16 陣列方向圖如圖10 所示。

 

圖10  16×16陣列方向圖   (a)XZ 面方向圖   (b)YZ 面方向圖 

    3 結(jié)論

    本文主要利用 HFSS 對 Ka 波段微帶天線單元、T 型接頭及幾種面陣S11進行了仿真,得到比較理想的仿真結(jié)果。在仿真的過程中,我們發(fā)現(xiàn) HFSS 是一種非常實用的電磁仿真軟件,繪制天線結(jié)構(gòu)時極其方便,仿真的結(jié)構(gòu)很接近理想化。最突出的是它所具有的參數(shù)化分析功能,極大地方便了軟件的使用者。

 

[參考文獻]

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