利用3D电磁EM软件实现复杂天线系统的仿真

滤波器谐振器长度在电路仿真器中进行参数化调整，调整为适当的带通中心频率（10GHz、12GHz、19GHz或21GHz）。通过调整微带传输线的宽度及其之间的孔隙间隔来消除杂散通带。这一工作采用具有分布式器件模型的传统微波电路进行仿真。

　　一旦完成四个滤波器，添加组成多路复用器的其余器件（T形、908弯、传输线等）来完成这一构造。然后，多路复用器的电路仿真旨在实现中心频率和插入损耗的快速确认。采用平面矩量法（MoM）求解器来捕捉所有电路元件中的复杂耦合行为从而实现了最终的设计仿真。

　　下一步就是设计和仿真Vivaldi天线阵。单个Vivaldi单元设计被分成两个部分。首先是优化巴仑和槽线，其二是优化锥体。最初所选择的巴伦尺寸是基于先前Dan Schaubert和Richard Lee所独立做出的建议。通过依照实时调谐对巴伦尺寸进行参数化求解，采用HFSS对巴仑和槽线进行精细设计。

　　通过采用动态链接的电路仿真来连接HFSS，从而完成最初的锥体。图4说明了斜度如何是解构为具有不同孔隙宽度的级联传输线。片断、传输线宽度、长度及其之间的孔隙可以在HFSS中快速地参数化。每个片段沿其长度是均匀的，所以采用唯一端口的解决方案来建立可用于电路仿真的W单元电路模型。最后的片断可以被连接到代表自由空间阻抗的377电阻，或者连接到HFSS的辐射边界。后者的方法是用于这方面的实例。

　　一旦，采用级联网络获得了最佳形状，耦合线的孔隙距离拟合为锥体方程的曲线。该方程被反馈回采用用户定义原语（UDP）的HFSS。最后的堆包括了两个被RT/Duroid 5870介质分离开的铜接地面。

　　采用最终的单一单元设计，制作了四份并组装成一个阵列。然后，采用一系列推入激励对该阵列进行测试，其行为是众所周知的。举例来说，相位序列{0°、60°、120°、180°}众所周知可以产生大约22°的波束角。当理想激励输入时，图5中所示的结果确认了阵列的良好行为。

　　其次，该阵列与图3中的Tx/Rx模块进行集成，以便可以实现全耦合天线系统的仿真。采用动态链接和推入激励法来研究天线的辐射性能，同时还包括了馈电网络。

　　在一项测试实例仿真中，每个Tx/Rx电路被输入符合22°波束角的推入激励。此外，改变每个单元的输入幅度和相位，来仿真测量到的原型阵列所累积的制造公差[2]。理想推入激励的结果与这一测试实例进行了对比。两个实例之间差异结果出现在较低频率的旁瓣，并且在扫描角有2°的偏移。这一比较说明了制造公差的影响如何在制作之前可以进行测试的。

　　最终目标是将天线系统与固定翼飞机集成在一起。数据链路技术可以用来有效地解决这一计算密集型工作（图6）。该天线系统和天线罩被分别构建作为单独的HFSS项目。每一组成项目在HFSS中单独求解，并在串级链方式中通过数据连接源和目标来组装。源（天线阵）和目标（天线罩）经数据连接，以便该天线阵是天线罩目标项目的辐射源。传送给Tx/Rx电路的推入激励被用来获得22°的扫描角。然后，来自Vivaldi阵列的结果被用来作为天线罩项目的源。所以，在天线罩内外产生的场是符合22°波束扫描的。

　　将仿真技术用于微波系统

　　随着项目仿真次数的减少，以及构建模型的过程变得更加自动化，仿真价值的主张将变得更加显著。这对微波系统将是特别真实的，例如这里所讨论雷达的应用。这两个设计流程的实例介绍了当电路和EM仿真被智能化地集成在一起时，相控阵天线及馈电网络系统（一个是1×4 Vivaldi阵和馈电网络的制造公差；另一个是连同其观测到的场辐射行为一起，与固定翼飞机的天线罩进行集成的阵列）揭示出仿真可以提供对系统行为的详细了解。