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HFSS仿真設計Ka波段微帶陣列天線

    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

    仿真中的陣列結構如圖4 所示。天線使用微帶線饋電，饋電端口的S11仿真結果如圖5 所示。結果表明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 陣列結構圖

圖5  2×2 陣列S11 對于方向特性，

    2 ×2陣列方向圖仿真結果如圖6 所示。由于饋電網絡關于 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

    仿真中的陣列結構如圖7 所示。天線使用微帶線饋電，饋電端口的S11 仿真結果如圖8 所示。結果表明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陣列方向圖仿真結果如圖9 所示。

圖7  4×4 陣列結構圖

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果。在仿真的過程中，我們發現 HFSS 是一種非常實用的電磁仿真軟件，繪制天線結構時極其方便，仿真的結構很接近理想化。最突出的是它所具有的參數化分析功能，極大地方便了軟件的使用者。

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