HFSS仿真设计Ka波段微带阵列天线
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2.2 馈电网络设计
馈电网络设计的主要任务是保证各阵元所要求的激励振幅和相位，比便形成所要求的方向图，主要要求是阻抗匹配、损耗小、频带宽和结构简单。天线阵中各单元同幅同相，为达到这一要求，必须使到各单元的馈线等长。但馈线等长时，波速指向与频率无关，所以频带宽度主要取决于阻抗匹配的频带。为此，必须使馈线与贴片单元和馈线各接头做到良好的匹配。本设计中采用由T 型结构组成的等幅同相的馈电网络[4-5]。
2.2.1 T 型接头
首先是T 型接头的设计。根据传输线理论，将并接的两段特性阻抗均为Z1的馈线通过阻抗变换器匹配到特性阻抗为Z2的馈线，中间的阻抗变换器长度为工作波长的四分之一， 阻抗变换器的特性阻抗
为了补偿 T 型接头的不连续参量，可以在主线上（分支线的对面）开个三角槽。因为微带天线单元馈线宽度为0.238mm，特性阻抗为94Ω ，为了设计简便，令Z1=Z2。阻抗变换器的宽度为0.466mm，特性阻抗为70Ω ，长度为1.54mm， 三角槽的底角θ = 25°，腰的长度为0.507mm。此外考虑到微带贴片单元馈电点在非辐射边 的边缘，当组成阵列时，如果直接用简单组合的型接头馈电网络为每个阵元馈电，将会导致型接头馈电网络的馈电点与阵元距离太近甚至重合，而影响微带贴片阵元的辐射方向图。 因此，为了保证阵元的间距，减少馈电网络与阵元之间的耦合，将馈电网络稍作改进[6]。
2.2.2 馈电网络
利用上述T 型接头，组成2×2 阵列的等幅同相馈电网络，馈电网络结构及仿真结果如图3所示。其中对于2×2 阵列馈电网络，工作频率为35GHz 时，对于端口1，反射系数S11 为-20dB，比单个T 型接头增大了5dB，说明阻抗匹配情况有待进一步改善。传输系数 S21、S31、S41、S51 分别为-6.2dB、-6.3dB、-6.5dB、-6.5dB。对于更大的阵列，如 4×4 阵列由4 个2×2 阵列组成，以次类推。
图3（a）结构图 （b）S参数特性
2.3 天线阵列设计
在Ka 波段微带天线设计中，运用Ka 波段的微带矩形贴片单元构成 2×2、4×4、16 ×16 等面阵形式，分析其阻抗特性及方向图中的增益、波束宽度、旁瓣等是否满足设计要求。其中阵元间距取约0.8λ （在仿真中单元间距取7mm）。
2.3.1 2×2 阵列仿真
仿真中的阵列结构如图4 所示。天线使用微带线馈电，馈电端口的S11仿真结果如图5 所示。结果表明S11 具有与单个天线单元相近的谐振频率。但是由于馈电网络匹配的影响，该阵列的反射比单个天线单元大。
图4 2×2 阵列结构图
图5 2×2 阵列S11 对于方向特性，
2 ×2阵列方向图仿真结果如图6 所示。由于馈电网络关于 XZ 面具有不 对称性，再考虑单元本身不对称性，导致 YZ 面的旁瓣增益明显高于 XZ 面。
图图6 2×2阵列方向图 （a）XZ 面方向图 （b）YZ 面方向图
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