1 前言
目前，仿真软件ANSOFT HFSS的计算精度和效率不断提高。但是要建某些阵列天线或其他复杂函数线构成的天线，操作工作量会增大，检查错误和修改模型都较困难。HFSS提供了基于VBScript的宏命令来进行软件的二次开发。采用HFSS的VBscript宏能方便模型的建立和修改，提高工作效率。通过VBScript可以建立HFSS仿真模型，也可控制HFSS包括材料设置、边界设置、激励设置、求解设置等所有操作。
对数周期偶极子天线（log-periodic dipole antenna），由于其工作频带宽、增益高、前后比好、结构简单、成本低等众多优点，在短波、超短波、微波等波段的通信、侧向、侦察、电子对抗等方面得到了广泛的应用。本文通过对对数周期天线的分析，编写了基于VBscript的程序，通过外部输入初始参数，自动建立HFSS仿真模型，并进行仿真分析。
2 对数周期天线的基本分析
图1 对数周期天线的几何结构图
如图1所示，对数周期天线由N根平行排列的偶极子构成，它们都连接在一对双线传输线上，馈源接在最短振子一端，相邻两振子交叉馈电。为了减小电磁波在终端的反射以改善天线在低频段的电特性，可在最长振子端接一短路支节或匹配负载。LPDA有3个重要的结构参数：比例因子г、间距因子σ、张角α，只要知道其中的任意2个就可以确定天线的几何结构，它们的定义如下：
式中d表示相邻振子的间距，L为振子全长，R为天线几何定点O到振子的垂直距离，a为振子的半径。
理论上的工作带宽由比值l1/ln确定，通常称此比值为为结构带宽Bs。实际工作带宽B应小于Bs，即B=Bs/Bar。当τ≥0.875时，近似计算式为Bar≈1.1+30.7σ(1-τ)。通常Bar≈1.5□2.5。对数周期天线振子数目为N=1+lnBs/ln(1/τ)。
2.1 对数周期天线的建模
设计一个微带贴片形式的对数周期天线。
需要输入的参数有：工作的最高频率fH、和工作的最低频率fL，以及比例因子г、间距因子σ。同时应给出最末端振子（或初始端振子）的振子宽度W1。
通过初始输入参数，根据对数周期天线的理论分析，采用VB语言或者Matlab语言等进行程序设计，得到对数周期天线的结构参数。包括天线的振子个数，各个振子的长度信息，各个振子的位置信息等。
利用Ansoft HFSS的强大的宏语言命令，基于VBscript语言编写程序。将对数周期天线的结构参数信息导入，建立HFSS 的仿真模型。
程序编写好后，通过简单的初始参数的输入，便能建立不同振子个数和不同尺寸的天线仿真模型。利用HFSS的宏语言，根据所需的频带范围要求，轻松的建立仿真模型，并得到结果。同时，还可省去在HFSS中修改模型和增减振子个数的操作。
设置工作的最高频率fH=2.2GHz，工作的最低频率fL=0.35GHz，比例因子г=0.83、间距因子σ=0.083，最末端振子的振子宽度W1=30mm。采用VBscript语言建立的对数周期天线的仿真模型如图2所示。天线的宽度l1=508mm，天线的总长度为L=532mm。天线介质采用Arlon AD270，厚度为h=3mm，相对介电常数为εr=2.7。
图2 对数周期天线的仿真模型图
2.1.1 天线模型的仿真结果
采用Ansoft HFSS对对数周期天线仿真模型进行仿真分析。天线的驻波曲线图如图3所示。
图3 驻波曲线图
天线典型频点的E面和H面方向图如图4～图9所示。
图4 E面方向图(0.35GHz)
图5 H面方向图(0.35GHz)
图6 E面方向图(1.15GHz)
图7 H面方向图(1.15GHz)
图8 E面方向图(1.95GHz)
图9 H面方向图(1.95GHz)
从仿真结果可以看出，在频率0.35GHz～2.2GHz范围内，对数周期天线驻波小于2。在工作频段内，天线的增益在5dBi左右。
对于具体应用平台，需要压缩对数周期天线的y向尺寸，可以考虑将振子弯折来实现目的。手动调节参数和建立模型就显得比较复杂。利用HFSS的宏语言编写的程序，可以方便的实现弯折振子的对数周期天线模型的建立。可以根据根据需要调节弯折振子的宽度，振子的弯折数、弯折的角度等等参数。如图10为一个对第5～9号振子进行弯折的对数周期天线仿真模型。
图10 振子弯折的对数周期天线仿真模型
3 结论
通过Ansoft HFSS提供的宏语言，对软件进行了二次开发，设计了一个要求频带的对数周期天线。通过输入初始目标，自动建立了天线仿真模型。仿真结果显示了天线的良好性能。面对越来越复杂的工程问题，相较于传统建模而言，通过宏语言能够更方便的解决一些规模大、具有一定规律的问题，并更加便于进行结果的处理和模型的修改。
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