双模圆锥喇叭天线的设计

1、12345678隔页隔页相关相关内容内容设计设计要求要求模型模型参数参数HFSS仿真仿真结果结果展示展示记录记录总结总结终页终页相关内容的学习准备1.1 天线 天线是任何无线电通信系统都离不开的重要前段器件。尽管设备的任务并不相同，但天线在其中所起的作用基本上是相同的。天线的任务是将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去，或将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。为了能良好地实现上述目的，要求天线具有一定的方向特性，较高的转换效率，能满足系统正常工作的频带宽度。天线作为无线电系统中不可缺少且非常重要的部件，其本身的质量直接影响着无线电系统的整体性能。相关内容的学习准备1.2

2、喇叭天线 在微波波段，采用各种波导传输电磁波能量。常用的波导是矩形和圆形波导。将波导终端开口构成波导辐射器。为了改善方向性，压窄方向图和获得较高的增益，需要增大波导辐射器的口径面积。将波导终端做成逐渐张开的形状，这就是喇叭天线。 喇叭天线是最广泛使用的微波天线之一。喇叭天线除了大量用做反射面天线的馈源以外，也是相控阵天线的常用单元天线，还可以用做对其他高增益天线进行校准和增益测试的通用标准。它的优点是具有结构简单，馈电简便，频带较宽，功率容量大和高增益的整体性能。 喇叭天线由逐渐张开的波导构成。如图所示，逐渐张开的过渡段既可以保证波导与空间的良好匹配，又可以获得较大的口径尺寸，以加强辐射的方向

3、性。喇叭天线根据口径的形状可分为矩形喇叭天线和圆形喇叭天线等。图（a）保持了矩形波导的窄边尺寸不变，逐渐展开宽边而得到H面扇形喇叭；图（b）保持了矩形波导的宽边尺寸不变，逐渐展开宽边而得到E面扇形喇叭；图（c）为矩形波导的宽边与窄边同时展开而得到角锥喇叭；图（d）为圆波导逐渐展开形成的圆锥喇叭。相关内容的学习准备1.3 圆锥喇叭 圆锥喇叭一般采用圆波导馈电，描述圆锥喇叭的尺寸有口径直径D，喇叭长度R。圆锥喇叭的口径场的振幅分布与圆波导中的TE11相同，但是相位按平方律沿半径方向变化。 下图计算了不同轴向长度圆锥喇叭的方向系数与口径直径的关系。从中可以看出，圆锥喇叭仍然存在着最佳尺寸。与矩形喇叭

4、类似，当轴向长度一定时，增大口径尺寸的效果将以增大口径面积为优势逐渐地转向以平方相位偏移为优势。最佳圆锥喇叭的最佳圆锥喇叭的主瓣宽度与方向系主瓣宽度与方向系数可以由以下公式数可以由以下公式近似计算：近似计算：在增益最大值在增益最大值(图中虚线图中虚线)处处，可归纳出，可归纳出R与与D的近似关的近似关系：系： 15. 04 . 22DRop相关内容的学习准备1.3.1 多模喇叭 主模喇叭E面的主瓣宽度比H面窄，E面的副瓣高，E面的相位特性和H面的相位特性又很不相同。因此用主模喇叭作为反射面天线的馈源，使天线的效率提高受到限制。为了提高天线口径的面积利用系数，就必须设法给主反射器提供等幅同相且轴向

5、对称的方向图，即所谓的等化方向图。多模喇叭就是应此要求而设计的，它利用不连续截面激励起的数个幅度及相位来配置适当的高次模，使喇叭口径面上合成的E面及H面的相位特性基本相同，从而获得等化和低副瓣的方向图，使之成为反射面天线的高效率馈源。双模圆锥天线的设计设计内容： 利用HFSS软件设计了一个双模工作的圆锥喇叭天线，此天线中心频率为5.3Ghz，天线输入端电压驻波比基本小于2dB，回波损耗小于-25dB,采用圆波导馈电结构，并采用两个激励模式，两个模式的初始误差为90度，构成圆极化。设计所得天线尺寸：其中：激励段小圆波导半径a=21.2852mm激励段小圆波导半径长度L=76.2mm移相段喇叭轴向

6、长度h=82.1944mm辐射段大圆波导半径B=39.2938mm辐射段轴向长度K=31.1658mm喇叭壁的半径T=41.8338mm201613524DoMiSoReFa建立喇叭模型创建波端口，设置端口激励。求解设置，求解工程。查看结果。创建辐射边界。辐射场角度设置。HFSSHFSS仿真流仿真流程程仿真结果展示仿真结果展示由S_11知，天线工作在5.14Ghz-5.38GHZ范围内S_11 小于-25db。中心工作频率为5.30Ghz。姓名职务姓名职务回波损耗回波损耗S_11：5.3Ghz时驻波比为1.0846驻波比接近于1:1，此双模圆锥喇叭天线模型中天线与馈线比较匹配。天线能获得较大的

7、辐射功率姓名职务姓名职务驻波比驻波比VSWR:由方向图可以看到：E面及H面的相位特性基本相同，从而获得等化和低副瓣的方向图，提高了天线口径的面积利用系数,使之成为反射面天线的高效率馈源。姓名职务天线方向天线方向图：图：由于引入了适当的高次模，使口径场在两个面内的分布规律近似相等。在水平角=0,90时，E面和H面的波瓣基本重合。最大辐射方向出现在俯仰角=0处（正Z方向），此时左手圆极化增益约为11.757dB。姓名职务远场增益远场增益图：图：姓名职务对对辐射段大圆辐射段大圆波导半径波导半径B参数参数扫描：扫描：扫描后结果接近扫描后结果接近。VSWRS_11课程设计最后总结 综上可知，我们所设计的双模圆锥喇叭天线是实现了馈源高效率，辐射高效率的目的。通