基于Ansoft HFSS 的圆极化微带共形阵天线设计
2.3 馈电网络设计
馈电网络采用的是并联侧馈结构,由三级T 型二等功分器组成。由上述单元天线设计结果可得,其馈电端输入阻抗为67Ω,而设计指标要求阵列天线输入阻抗为50Ω。为了实现阻抗匹配,就需要通过λg/4 阻抗变换线进行阻抗变换。图6 为所设计的第一级T 型二等功分器结构图。
图6 第一级T 型二等分功分器结构示意图
如上图,2、3 端口直接与单元天线相连可组成二元阵天线,而1 端口则与下一级二等功分器相连。经过计算并仿真分析,可得第一级功分器输入线(1 端口)的宽度为2.7mm,阻抗变换线的特性阻抗为81.9Ω、宽度为1.2mm,长度λg/2 为66.6mm。类似地可以设计第二级、第三 级二等功分器,最后完成1 分8 等幅同相馈电网络的设计。
2.4 共形阵天线设计
如前所述,单元天线以及馈电网络的设计已经完成,下面将完成共形阵天线的设计。根据给定的圆柱形共形结构尺寸以及单元天线结构参数,为了实现共形阵天线H 面全向辐射的指标要求,采用8 个单元组成一维直线阵,进而将其共形于载体平台表面形成共形阵天线。
图7 为所设计的八元线阵仿真模型。在此基础上,采用“wrap sheet”建模方法将带有馈电网络的线阵整体共形于圆柱形载体平台表面,从而对整阵进行优化设计,以得到满足技术指标要求的共形阵天线结构参数。图8中所用的操作在 Edit > Surface > Wrap sheet 中,要注意首先选中载体以及线阵,然而再使用上述操作方法。图9为最终的共形阵天线仿真模型。
图7 八元线阵仿真模型
图8 共形阵Wrap Sheet 建模方法
图9 共形阵天线仿真模型
通过对图9 共形阵天线仿真模型进行优化设计,得到了在中心频率1.575GHz 时,共形阵天线 E 面(xoz 面)和H 面(xoy 面)方向图仿真结果,如图10 所示。
图10 共形阵天线方向图仿真结果
由图10 可见,共形阵天线 E 面方向图为“8”字形定向方向图,最大零深约30dB;H 面方向图不圆度小于1dB,全向辐射特性良好。因此,共形阵天线方向图仿真结果符合设计要求。