ビバルディ・アンテナ

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この Vivaldi アンテナ設計は、2000 年代初頭に Microwave Engineering Europe 誌のベンチマーク・シミュレーション問題として提案されたものです。この古典的な例は、TEMポートと周波数範囲の拡張によって更新されています。

アンテナの設計は、デュロイド基板を囲む3つの金属層で構成されるバランスド・ヴィヴァルディで、CADモデル生成ツールを使ってXFdtd内で完全に構築されている。最上層と最下層は同じで、給電は中間層を通して行われます。構造の金属部分を図1と2に示す。形状は、Z軸がアンテナの長さ方向に、X軸が幅方向に沿うように配置されています。この構造は、アンテナエッジの曲率を正確に捉えるために、XACT Accurate Cell Technologyのコンフォーマルメッシング機能を使用してメッシュ化されています。セルサイズ0.5mmでメッシュ化された金属構造を図3に示す。

この例の以前のバージョンでは、アンテナの励振に使用される SMA ランチャーを模倣するためにコンポーネントフィードが追加されていました。ここでは、図 4 に示すように、XF の導波管ポートを使用して、アンテナの入力に TEM 励起を作成します。この追加により、給電構造のメッシュ化によって追加される影響に依存しないシミュレーションが可能になります。

To determine the best resolution for the simulation, the mesh size is parameterized and several iterations of the design are computed from 0.75 mm down to 0.125 mm.The memory requirements for this sweep range from 75 MB to 1.3 GB and the execution time to a -30 dB convergence level on an NVIDIA Quadro 3000M graphics card vary from 28 seconds to about 18 minutes.The resulting plots of the return loss over the 0.5 to 20 GHz range are shown in Figure 5 where it can be seen that at 0.75 mm resolution the result is quite different from the others.度小さいセルサイズでも度収束は度あるものの度0.

0.5mmのセルサイズで二次シミュレーションを実行し、遠視野ゲインパターンや近視野分布画像など、より多くの出力データを保存。このシミュレーションは125MBのメモリを使用し、NVIDIA Quadro 3000Mカードで約2分で実行されます。

まず、図6に示すように、10 GHzにおける遠視野全利得を3次元的にプロットし、最大利得約5 dBiを白矢印で、角度基準θとPhiを青矢印と赤矢印で示す。Phi=0度（アンテナ平面）方向のパターンは図7のラインプロットに、Phi=90度（アンテナ平面に垂直）方向のパターンは図8に示されています。

図 9 と図 10 には、10 GHz における上部と中央の導体上の定常電流分布が示されている。図11から図15は、給電に入る最初のパルスからアンテナ端から放射される電界まで、5段階の時間におけるアンテナ中心上の過渡電界の伝搬を示している。