Vivaldi天线通常具有至少一个倍频程的带宽，因此可以应用于众多领域。通常，这种天线是印刷在介质基板上的。由于其形状相对复杂，通常被认为建模较为困难。因此，天线的几何结构通常通过CAD文件提供。本文展示的天线是一种平衡双极天线。2000年11月，它被用于电磁求解器的对比测试，有六家软件供应商参与了这一基准测试。当时WIPL-D并未参与，因此本文展示了 WIPL-D在 Vivaldi天线设计和仿真方面的能力。

理论特性

Vivaldi天线的主要特点是宽带应用和相对复杂的几何结构。使用WIPL-D 3D电磁求解器对一个Vivaldi天线进行了设计和分析(见图1)。该天线印刷在介质基板上，所有金属部分如图2所示。

由于其复杂的几何结构，天线各部分的详细说明(包括尺寸)在图3和图4中给出。

Vivaldi天线的特定形状使其工作频带非常宽。该天线包括微带线及其接地平面，二者形状均逐渐扩展。因此，最低工作频率由扩展部分的截止位置决定。槽中电场的偏离导致天线交叉极化性能较差，并随着频率上升而恶化。该天线被认为是一种三板结构(通过添加额外的介质和金属层来实现，以平衡扩展槽中的电场分布)。带有弧形和椭圆形渐变几何外形的天线对电磁软件的网格划分能力和远场计算准确性方面提出了很高的要求。本文展示了两种工作频率下的仿真时间、辐射方向图和近场结果，以及从1GHz到20GHz的反射系数(S11)。这两种工作频率是根据反射系数(S11)选择的，分别为3GHz和15GHz.

WIPL-D仿真

用于本案例计算的计算机是配备Inteli7RCPU7700K@3.60GHz的标准四核配置。

模型介质基板的特性见表1。

S11 如5所示。

每个频率的未知数数量和仿真时间见表2。

3GHz和15GHz的辐射方向图和近场分布见图6-9(所有图均显示总电场)。

结论

Vivaldi天线是一种常见的超宽带天线。使用Vivaldi天线的优点包括:超宽带特性，制造工艺简单以及阻抗匹配相对容易。

在这种情况下，Vivaldi天线通常印刷在介质基板上。这是必要的，因为在板上印刷的情况下，羁绊可以增加结构的稳固性(即金属导体放置在介电材料上)。介电材料也会引入损耗，但通常这些损耗是微不足道的。

结果显示，在极宽的频带范围内，回波损耗低于-10dB。由于内置的强大插值方法，仿真可以在较少的频率点上进行。这是使用矩量法进行超宽带天线仿真的最大缺点之一(每个频率点需要单独仿真)。

在矩量法电磁仿真中，仿真在最低工作频率时速度相当快，但在频带末端则要求更高。作为解决方案之一，WIPL-D提供了内置功能，使得每个频率点的仿真是根据当前参考频率进行，而不是根据终止频率进行。这样一来，在宽频带范围内的总体仿真时间可以减少数倍。

然而，此处的仿真是使用普通的四核CPU进行的，所有仿真时间都非常短。如果电磁仿真更加复杂(未知数的数量进一步增加)，可以通过使用价格低廉的低端GPU显卡显著加快仿真速度。

近场仿真结果清晰地显示出，天线周围的近场分布取决于工作频率。