Vivaldi天线设计与分析
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。
vivaldi 天线的几何
反转基底，将看到一个50 ω 的短路微带馈线，作为pec 表面模拟。这是一个关键的设计单元，因为线上的集总端口会用于激励天线。
完美匹配层(pml) 环绕着整个模拟域。它发挥着电波暗室的功能，将吸收所有的辐射能量。
使用comsol multiphysics 和rf 模块建立和求解天线模型后，我们得到了多种形式的结果。swr 绘图显示，我们的模型拥有良好的宽带阻抗匹配。在大部分的模拟范围中，该值甚至优于2:1。
swr 绘图形式的仿真结果
我们还创建了一个模型来展示远场模式。我们知道vivaldi 天线辐射模式指向锥形槽的宽端。从模型来看，远场模式确实表现出了定向辐射模式。
5.5 ghz 下的三维远场模式
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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。
vivaldi 天线的几何
反转基底，将看到一个50 ω 的短路微带馈线，作为pec 表面模拟。这是一个关键的设计单元，因为线上的集总端口会用于激励天线。
完美匹配层(pml) 环绕着整个模拟域。它发挥着电波暗室的功能，将吸收所有的辐射能量。
使用comsol multiphysics 和rf 模块建立和求解天线模型后，我们得到了多种形式的结果。swr 绘图显示，我们的模型拥有良好的宽带阻抗匹配。在大部分的模拟范围中，该值甚至优于2:1。
swr 绘图形式的仿真结果
我们还创建了一个模型来展示远场模式。我们知道vivaldi 天线辐射模式指向锥形槽的宽端。从模型来看，远场模式确实表现出了定向辐射模式。
5.5 ghz 下的三维远场模式
作者：comsol caty fairclough
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