雙模圓錐喇叭天線的設(shè)計(jì)

1、12345678隔頁(yè)隔頁(yè)相關(guān)相關(guān)內(nèi)容內(nèi)容設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求要求模型模型參數(shù)參數(shù)HFSS仿真仿真結(jié)果結(jié)果展示展示記錄記錄總結(jié)總結(jié)終頁(yè)終頁(yè)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1.1 天線 天線是任何無線電通信系統(tǒng)都離不開的重要前段器件。盡管設(shè)備的任務(wù)并不相同，但天線在其中所起的作用基本上是相同的。天線的任務(wù)是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電流能量（導(dǎo)波）轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或?qū)⒖臻g電波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機(jī)。為了能良好地實(shí)現(xiàn)上述目的，要求天線具有一定的方向特性，較高的轉(zhuǎn)換效率，能滿足系統(tǒng)正常工作的頻帶寬度。天線作為無線電系統(tǒng)中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質(zhì)量直接影響著無線電系統(tǒng)的整體性能。相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1.2

2、喇叭天線 在微波波段，采用各種波導(dǎo)傳輸電磁波能量。常用的波導(dǎo)是矩形和圓形波導(dǎo)。將波導(dǎo)終端開口構(gòu)成波導(dǎo)輻射器。為了改善方向性，壓窄方向圖和獲得較高的增益，需要增大波導(dǎo)輻射器的口徑面積。將波導(dǎo)終端做成逐漸張開的形狀，這就是喇叭天線。 喇叭天線是最廣泛使用的微波天線之一。喇叭天線除了大量用做反射面天線的饋源以外，也是相控陣天線的常用單元天線，還可以用做對(duì)其他高增益天線進(jìn)行校準(zhǔn)和增益測(cè)試的通用標(biāo)準(zhǔn)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，饋電簡(jiǎn)便，頻帶較寬，功率容量大和高增益的整體性能。 喇叭天線由逐漸張開的波導(dǎo)構(gòu)成。如圖所示，逐漸張開的過渡段既可以保證波導(dǎo)與空間的良好匹配，又可以獲得較大的口徑尺寸，以加強(qiáng)輻射的方向

3、性。喇叭天線根據(jù)口徑的形狀可分為矩形喇叭天線和圓形喇叭天線等。圖（a）保持了矩形波導(dǎo)的窄邊尺寸不變，逐漸展開寬邊而得到H面扇形喇叭；圖（b）保持了矩形波導(dǎo)的寬邊尺寸不變，逐漸展開寬邊而得到E面扇形喇叭；圖（c）為矩形波導(dǎo)的寬邊與窄邊同時(shí)展開而得到角錐喇叭；圖（d）為圓波導(dǎo)逐漸展開形成的圓錐喇叭。相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1.3 圓錐喇叭 圓錐喇叭一般采用圓波導(dǎo)饋電，描述圓錐喇叭的尺寸有口徑直徑D，喇叭長(zhǎng)度R。圓錐喇叭的口徑場(chǎng)的振幅分布與圓波導(dǎo)中的TE11相同，但是相位按平方律沿半徑方向變化。 下圖計(jì)算了不同軸向長(zhǎng)度圓錐喇叭的方向系數(shù)與口徑直徑的關(guān)系。從中可以看出，圓錐喇叭仍然存在著最佳尺寸。與矩形喇叭

4、類似，當(dāng)軸向長(zhǎng)度一定時(shí)，增大口徑尺寸的效果將以增大口徑面積為優(yōu)勢(shì)逐漸地轉(zhuǎn)向以平方相位偏移為優(yōu)勢(shì)。最佳圓錐喇叭的最佳圓錐喇叭的主瓣寬度與方向系主瓣寬度與方向系數(shù)可以由以下公式數(shù)可以由以下公式近似計(jì)算：近似計(jì)算：在增益最大值在增益最大值(圖中虛線圖中虛線)處處，可歸納出，可歸納出R與與D的近似關(guān)的近似關(guān)系：系： 15. 04 . 22DRop相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1.3.1 多模喇叭 主模喇叭E面的主瓣寬度比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。因此用主模喇叭作為反射面天線的饋源，使天線的效率提高受到限制。為了提高天線口徑的面積利用系數(shù)，就必須設(shè)法給主反射器提供等幅同相且軸向

5、對(duì)稱的方向圖，即所謂的等化方向圖。多模喇叭就是應(yīng)此要求而設(shè)計(jì)的，它利用不連續(xù)截面激勵(lì)起的數(shù)個(gè)幅度及相位來配置適當(dāng)?shù)母叽文?，使喇叭口徑面上合成的E面及H面的相位特性基本相同，從而獲得等化和低副瓣的方向圖，使之成為反射面天線的高效率饋源。雙模圓錐天線的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容： 利用HFSS軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)雙模工作的圓錐喇叭天線，此天線中心頻率為5.3Ghz，天線輸入端電壓駐波比基本小于2dB，回波損耗小于-25dB,采用圓波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，并采用兩個(gè)激勵(lì)模式，兩個(gè)模式的初始誤差為90度，構(gòu)成圓極化。設(shè)計(jì)所得天線尺寸：其中：激勵(lì)段小圓波導(dǎo)半徑a=21.2852mm激勵(lì)段小圓波導(dǎo)半徑長(zhǎng)度L=76.2mm移相段喇叭軸向

6、長(zhǎng)度h=82.1944mm輻射段大圓波導(dǎo)半徑B=39.2938mm輻射段軸向長(zhǎng)度K=31.1658mm喇叭壁的半徑T=41.8338mm201613524DoMiSoReFa建立喇叭模型創(chuàng)建波端口，設(shè)置端口激勵(lì)。求解設(shè)置，求解工程。查看結(jié)果。創(chuàng)建輻射邊界。輻射場(chǎng)角度設(shè)置。HFSSHFSS仿真流仿真流程程仿真結(jié)果展示仿真結(jié)果展示由S_11知，天線工作在5.14Ghz-5.38GHZ范圍內(nèi)S_11 小于-25db。中心工作頻率為5.30Ghz。姓名職務(wù)姓名職務(wù)回波損耗回波損耗S_11：5.3Ghz時(shí)駐波比為1.0846駐波比接近于1:1，此雙模圓錐喇叭天線模型中天線與饋線比較匹配。天線能獲得較大的

7、輻射功率姓名職務(wù)姓名職務(wù)駐波比駐波比VSWR:由方向圖可以看到：E面及H面的相位特性基本相同，從而獲得等化和低副瓣的方向圖，提高了天線口徑的面積利用系數(shù),使之成為反射面天線的高效率饋源。姓名職務(wù)天線方向天線方向圖：圖：由于引入了適當(dāng)?shù)母叽文?，使口徑?chǎng)在兩個(gè)面內(nèi)的分布規(guī)律近似相等。在水平角=0,90時(shí)，E面和H面的波瓣基本重合。最大輻射方向出現(xiàn)在俯仰角=0處（正Z方向），此時(shí)左手圓極化增益約為11.757dB。姓名職務(wù)遠(yuǎn)場(chǎng)增益遠(yuǎn)場(chǎng)增益圖：圖：姓名職務(wù)對(duì)對(duì)輻射段大圓輻射段大圓波導(dǎo)半徑波導(dǎo)半徑B參數(shù)參數(shù)掃描：掃描：掃描后結(jié)果接近掃描后結(jié)果接近。VSWRS_11課程設(shè)計(jì)最后總結(jié) 綜上可知，我們所設(shè)計(jì)的雙模圓錐喇叭天線是實(shí)現(xiàn)了饋源高效率，輻射高效率的目的。通