Vivaldi 天线设计分析

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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。


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。

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