HFSS仿真设计Ka波段微带阵列天线

    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

    2.3.2  4×4 阵列天线方向图仿真

    仿真中的阵列结构如图7 所示。天线使用微带线馈电，馈电端口的S11 仿真结果如图8 所示。结果表明S11 具有与单个天线单元相近的谐振频率。对于方向特性，4 ×4阵列方向图仿真结果如图9 所示。

图7  4×4 阵列结构图

图8  4×4阵列S11

图9  4×4 阵列方向图    （a）XZ 面方向图    （b）YZ 面方向图

    2.3.3  16×16 阵列天线方向图仿真

    考虑16×16 阵列（尺寸约为120mm×120mm），直接进行仿真需要较多的资源。作为解决方案，本设计利用 4×4 阵列作为子阵，根据方向图乘法得16×16 阵列方向图如图10 所示。

图10  16×16阵列方向图   （a）XZ 面方向图   （b）YZ 面方向图 

    3 结论

    本文主要利用 HFSS 对 Ka 波段微带天线单元、T 型接头及几种面阵S11进行了仿真，得到比较理想的仿真结果。在仿真的过程中，我们发现 HFSS 是一种非常实用的电磁仿真软件，绘制天线结构时极其方便，仿真的结构很接近理想化。最突出的是它所具有的参数化分析功能，极大地方便了软件的使用者。

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