宽带加脊喇叭天线的简化设计

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宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计

宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计
李彬，杨勇
（．军驻宜宾地区航空军事代表室，四川宜宾６４０１海４０７；２中航工业雷达与电子设备研究院，四川内江６１０）．４００
摘要：基于航空电子系统射频综合实验室的需求，应用圆锥喇叭天线的传输原理和宽频带
２ＣｉａＡｖａｉｎＩｄｓｒｎｔｕｅｏｄｒｎｌｃｒｎｃＥｑｉｍｅｔＮｅｉｎｉｈａ４００，Ｃｉａ）．ｈｎｉｔｎｕｔｙＩｓｉｔｆｏｔＲａａｄＥｅｔｏｉａｕｐｎ，ｉａｇＳｃｕｎ６１０ｊｈｎ
Ａｂｓｒｃ：ＢａｅｏｔｅｅｄｏｈＲＦｎｅｒｔｄａｏａｏｙｎｖｏｉｓｙｔｍ，ｏｅｉｄｏｔａｔｓｄｎｈｎｅｓｆｔｅｉｔｇａｅｌｂｒｔｒｉａｉｎｃｓｓｅｎｋｎｆ
Ｆｉ１Ｂｒａｂｎｕｌｌｒｚｄｑａｒｐｌ－ｉｇｄｃｒｕａｏｎｅｎｇ．ｏｄａｄｄａ — ａｉｅｕｄｕｅｒｄｅｉｃｌｒｈｒａｔｎａｐｏｎ
图１宽带双极化四脊圆喇叭天线
第９卷
第２期
信息与电子工程
ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＮＤＥＬＥＣＴＲＯＮＩＥＮＧＩＣＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１９，．ＮＯ．２Ａｐ．２１ｒ，０１

0.2～2+GHz宽带双脊喇叭天线的设计

! !""# 年第 ! 期
研究与开发
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图 "! 驻波比计算和实测结果对比
图 1! %.. /() 时 ( 面方向图
图 #! 增益计算和实测结果对比
相比变得更窄，这和增益的对比结果一致。图 $% 和图 $& 是 % ’() 时天线的方向图，虽然实测和仿真的结果有一定的差异，但都表达出同样一个信息：波瓣分裂。实测中波瓣分裂非常严重，这也是实测增益在高频时急剧下降的原因。在电磁兼容性测试中，波瓣的分裂应当引起重视，会带来测量结果的偏差。对于本设计中的双脊喇叭天线，当频率高于 $* # ’() 时出现波瓣分裂现象，应慎重使用。对于市售的 $ + $, ’() 双脊喇叭天线，在 $% + $# ’() 左右也
［ $］，或者更小一点。至此就 ,-." 模对应波长的一半
。
矩形双脊波导的结构如图 $ 所示。其中 ! 和 " 为波导的宽和高， # 为脊的宽度， $ 为两个脊之间的距离。
得到了双脊喇叭的基本设计参数，据此建立仿真模型。通过不断的微调 ’、 (、 + 的值得到不同的脊曲线，再调整馈电点到短路面的距离，得到不同的仿真模型，从中选择综合性能（ 2345、增益、方向图等）最好的仿真结果作为最后的设计尺寸。
图 "+! * &’( 时 ’ 面方向图图 "#! "$ % &’( 时 ) 面方向图
,! 结! 论
利用仿真并按此制造的双脊喇叭天线，在 #$ * - * &’( 的频率范围内能保证驻波比 ./01 "*$ % 。它的增益不很高，意味着它的波瓣宽度不会很窄，尤其是在高频段部分。这对电磁兼容性测试在一定程度上来说是有利的，以满足电磁兼容性测试对照射面的口径要求。参考文献：

用FIT方法设计的宽频带双脊圆喇叭天线

山东省计量科学研究所张朝华董毅儒吕惠政
摘
要
交流电源供电设备接受浪涌抗扰度试验时，应选择同步方式和施加浪涌脉冲的相位角 0 在三相交流电源供浪涌抗扰度交流电源相位
电的情况下更应如此。关键词
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1234 54 36789:34; 9<=3>3? =8;2 @)A)3B3C;>8C :584D 8D ;3D;3? E<> 8;D D7>F3 8::748;G0 54? D7>F3 97BD3D :7D; J3 599B83? 5; >8F2; 925D3 54FB3D0
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高效宽带喇叭天线的设计

高效宽带喇叭天线的设计丁晓磊(中国航天科技集团公司704所，北京100076)dxiaolei@摘要为满足电磁兼容测试对小体积、宽频带和高增益天线的需求，结合宽频带天线的工作原理，设计了一种结构紧凑的局部加脊宽带喇叭天线。

和相同尺寸的普通加脊喇叭天线相比，增益提高约1-3dB。

关键词加脊喇叭、宽频带、高效率The Design of High Efficient Broadband Horn AntennaDING XIAO LEI(Institute of No.704, China Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 100076,China) Abstract: The paper presents a horn antenna with ridges located at the start of flare. In addition to the broad bandwidth, a substantial increase in antenna gain over that of common ridged horn has been achieved for the design in this paper. The designed antenna can be used not only for electromagnetic compatibility measurement but also for broad-band communication system.Keywords: ridged horn , broadband , high efficiency1 引言常见的宽带天线包括：加脊喇叭天线、TEM喇叭天线、对数周期天线、螺旋天线、Vivaldi天线等。

加脊喇叭因其具有频带宽、结构紧凑、辐射口径稳定的特点，是电磁兼容测试的理想天线。

1~5 GHz超宽带双脊喇叭天线的设计

电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 引言由于宽带喇叭天线结构简单，方向性好，相位中心稳定，在通信、雷达、电磁兼容和电子对抗等领域得到广泛应用，在微波测量系统中被大量的用作标准测量天线。

本文根据宽带波导理论设计了一种频率范围为1GHz~5GHz的超宽带加脊喇叭天线，测试结果可见全频段内驻波比最大值为2.8，对1.18G、1.33G、2.9G、4.3G等四个频点进行方向图测试，均具有良好的增益曲线平坦度，测试频点最小增益为4.53dBi，且全频段内方向图均未分裂。

2 喇叭天线的设计图1为加脊喇叭天线的结构示意图，天线由激励段、脊波导段、加脊喇叭段组成。

本设计中天线的工作频率范围为 1GHz~5GHz，要求喇叭部分截止频率应低于1GHz，且在上述频率范围内膜传输[1]。

双脊喇叭天线设计中，优化脊波导部分尺寸，可改善馈电端到喇叭口径之间的阻抗匹配。

在双脊波导[2]的设计中，波导截面如图2所示，长边和短边分别为a，b，脊宽和脊间距分别为a1，b1。

其中，脊波导的截止频率为：（1）脊波导的截止波长为：（2）脊波导的特征阻抗为：（3）其中，式（3）中的λc 为脊波导截止波长，λ0为自由空间波长，Z∞为λ趋于零时脊波导的等效阻抗。

由于脊棱边缘电容效应，如式（1）和（2）所示，脊波导主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的截止频率低，而其TE20模的截止频率比矩形波导的TE20模的截止频率高。

因此，脊波导单模工作的频率很宽。

同时因其等效阻抗很低，脊波导一般用来做阻抗变换的过渡结构。

由上，由截止频率λc 得到a1、b1的初始数据，利用AnsoftHFSS电磁仿真软件建立最初三维仿真模型,对 a1、b1尺寸进行优化,得到λc 所对应的a1、b1精确值。

从同轴馈电端到短路面间的脊波导部分为短路段部分, 该部分对于展宽变换的带宽有着很大作用。

宽带双脊喇叭天线的设计与分析

作爿筒介。Ｉ｜张
设计方面的研究。
青（９５，，１８一）男助理工程师，主要从事天线
ห้องสมุดไป่ตู้
５Ｏ
制导与引信
第３卷２
抗的同轴线、微带线之间的过渡连接装置。本文结合ＡｎｏｔＨＦＳ电磁仿真软件给出ｓｆＳ了一种宽带加脊喇叭的设计方法，天线设计难该点在于频率涉及到ＸＫｕＫ三个频带，真结果／／仿表明天线在（０Ｏ１～２）ＧＨｚ带宽内匹配良好。的
Ｋｅｒ：ｒｄｒａｅｙｗｏｄｓａａｎｔｎｎａ；ｈｏｎａｅｒｎｔｎｎａ；ｒｄｇｕｖｅｉｅｃｒ
性和增益、后向辐射等优点，雷达工程领域的无在
０
引言
宽带天线的发展已有几十年的历史，内外国
Ａｎｏｔｓｆ电磁场仿真软件进行优化，到较理想的结果。实测结果表明，种天线在（Ｏ２）得这１～Ｏ
ＧＨｚ的带宽内匹配良好。关键词：雷达天线；叭天线；脊曲线喇中图分类号：ＴＮ８２８２．文献标识码：Ａ
第３２卷
第４期
制导与引信
ＧＵＩＤＡＮＣＥ＆ＦＺＵＥ
Ｖｏ．Ｏ１３２Ｎ．４
Ｄｅ．１１ｃ２０
２１０１年１２月
文章编号：６１０７（０１０ —０９０１７ —５６２１）４０４ — ３

0.8~2.5 GHz 双极化四脊圆锥喇叭天线设计

0.8~2.5 GHz 双极化四脊圆锥喇叭天线设计
0 引言
喇叭天线由于其多功能性、简单性和好的辐射性能，在微波测量、雷达和探测系统中有广泛的应用。

展宽喇叭天线工作频带，最直接的方法就是在喇叭的波导和喇叭张开部分加入脊结构。

脊喇叭天线增益高，阻抗低，体积小，易于和传输线连接，适合用在雷达、电子对抗设备以及微波电子器件中。

喇叭天线作为馈源组阵时，圆锥喇叭可以节省空间，便于控制阵元间距而抑制栅瓣。

近来对加脊喇叭天线分析的文章很多，但是在具体的设计方面分析的很少。

本文对设计四脊圆锥喇叭天线的关键参数进行了分析以及仿真优化。

加脊的喇叭天线极大地满足了在宽频带天线领域的应用。

1 天线设计及优化
1.1 天线的设计
脊喇叭天线是在喇叭天线的基础上，通过改变天线的结构来提升辐射性能。

该喇叭天线作为馈源组阵，所以在天线设计过程中应综合考虑喇叭的口径与阵元间距的关系，既要避免溢出损耗，又要保证单元尺寸不要超过最大阵元间距而无法排布。

四脊喇叭可以看成两个对称的双脊喇叭，通过对脊波导理论的分析，根据设计参数指标的要求，设计出满足要求的四脊波导的结构和喇叭内脊曲线的形式，最终完成天线结构的设计。

脊喇叭结构如图1 所示。

喇叭馈电采用同轴线馈电，同轴线的内外径设计保证和50 Ω匹配。

根据同轴线特性阻抗公式：
$1.。

式中：a 为同轴线内导体的直径;b 为外导体的直径;εr 为导体间填充。

2~18GHz超宽带双脊喇叭天线的设计与实现

第34卷第5期2020年10月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning AcademyV ol.34No.5Oct.2020收稿日期：2020-09-02作者简介：张丰(1994-)，男，硕士，主要从事电工与电子技术研究．2~18GHz 超宽带双脊喇叭天线的设计与实现张丰，张显才，张小涵，翟际遥（空军预警学院，武汉430019）摘要：为满足电磁兼容测试系统中对天线具有超宽带特性的需求，设计并实现了一种2~18GHz 超宽带双脊喇叭天线．通过在后腔双脊末端处采用二阶阶梯式反射腔结构和增加E 面对称锲体及凸台的方式，改善了结构的不连续性并集中了双脊间的电流密度．仿真及实测结果表明，该设计有效提升了双脊喇叭天线的带内驻波特性，驻波比典型值为1.6，最大值为1.9；能够保持稳定的辐射性能，方向图无明显裂瓣现象，具有较高的工程应用价值．关键词：双脊喇叭天线；电磁兼容；超宽带；后腔结构中图分类号：TN82文献标识码：A文章编号：2095-5839(2020)05-0382-05宽带天线是电磁兼容系统中的重要器件，由于电磁兼容测试所需的频带较宽，低至几十兆赫兹，高至几十吉赫兹，可根据工作频段的不同选择合适类型的测试天线．常用的电磁兼容测试天线有双锥天线[1]、对数周期天线[2]、双脊喇叭天线[3-8]等．其中双脊喇叭天线因具有超宽带、稳定的增益和较高的承受功率等特性而备受关注，但是通常在超宽频带范围内难以同时兼顾良好的驻波特性和辐射特性，需要权衡各项性能指标才能达到设计要求．同轴脊波导转换结构是设计的重点，直接影响着双脊喇叭天线驻波性能和辐射性能的好坏[7]．对此结构研究，文献[3-4]采用了传统的后腔结构，所设计的2款天线带宽分别为3个倍频和4个倍频，虽然结构简单，但难以满足超宽带的需求．文献[5]在此基础上加以改进，通过在后腔短路板加置一个十字凸块结构，拓展了阻抗带宽并兼具了稳定的方向性，但是低频驻波依旧不理想，最大值为2.5．文献[6]所设计的天线进一步兼顾了驻波特性和辐射特性，对脊靠近馈电方向末端采用一阶台阶状结构并进行切削处理，但是对喇叭段脊曲线的形式也做了较大的改动．文献[7]采用两段不同阻抗的同轴线级联的方式，极大改善了脊波导段的阻抗匹配问题，降低回波损耗的同时保证了增益的稳定性，但考虑实际装配问题，该方式并不适用于2~18GHz 这种体积较小的双脊喇叭天线．基于此，本文以后腔结构作为设计的重点，通过在双脊末端处采用二阶阶梯式反射腔结构以及增加E 面对称锲体和凸台的方式，设计并实现了一种工作在2~18GHz 频段超宽带双脊喇叭天线．仿真和实测结果表明，驻波比典型值为1.6，最大值为1.9，且全频段内方向图无裂瓣现象，解决了驻波比和增益值难以在超宽频带内同时满足设计要求的问题，可广泛应用于电磁兼容测试系统中．1双脊喇叭天线的结构设计超宽带双脊喇叭天线可以实现几个甚至十几个倍频程的工作频带，其主要结构可分为2个部分：同轴脊波导转换器(由脊波导、后腔结构与馈电结构组成)、喇叭段．图1为双脊喇叭天线的E 面横截面示意图．图1双脊喇叭天线E 面横截面示意图通过馈电结构将产生的横电磁波(TEM)波型输送到波导段，然后经后腔结构将此波型转换为脊波导中的TE 波型，最后沿着喇叭段的双脊结构辐射到自由空间，完成电磁波的发射或接收．但是其在转换过程中常常会因为结构的突变引起TE 20、TE 30等高次模的产生，对工作带宽和增益会有很大的影响．因此后腔结构是双脊喇叭天线的核心，也是整个天线的驻波比和增益DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2020.05.015第5期张丰，等：2~18GHz 超宽带双脊喇叭天线的设计与实现383在超宽频带范围内保持稳定的关键．1.1同轴脊波导转换器结构1)馈电结构与脊波导段馈电结构采用传统的一段SMA-50Ω同轴线馈电，内径d 11=1.2mm ，外径D 11=4mm ，位于脊波导宽边中心，馈电点距离后腔末端的长度大约为中心工作频率对应波长的四分之一．设脊波导的宽边长为a 1，脊宽为a 2，双脊波导的高为b 1，脊间距为2b 2，双脊波导的横截面示意图如图2所示．设计时，最重要的是在b 1/a 1一定(本文选择b 1/a 1=0.5作为仿真初始值)的情况下，确定参数b 2/b 1和a 2/a 1的值．因为这2个参数决定着脊波导的特性阻抗和主模截止频率．设脊波导的主模截止波长为λc0，矩形波导主模截止波长为λc ，图3为脊波导频率趋于无穷大时特性阻抗与λc0/λc 随b 2/b 1和a 2/a 1变化的曲线(其中40 Ω、50 Ω和60 Ω分别为脊波导特性阻抗的大小)．图2双脊波导横截面示意图０１１２２３３４４５ａ２／ａ１图3特性阻抗与λc0/λc 随b 2/b 1和a 2/a 1变化曲线为使脊波导特性阻抗尽量与SMA-50Ω同轴馈电结构相匹配，选用a 2/a 1=0.2且b 2/b 1=0.04(见图3中点N ）作为理论初始值．此时，λc0/λc 约为3.7，且λc =2a 1[9]，则λc0=7.4a 1．由于设计的喇叭天线主模截止频率为2GHz ，考虑余量，可选取1.5GHz 作为主模截止频率，由此通过脊波导理论[9]可计算出脊波导的a 1、a 2、b 1和2b 2的值．2)后腔段通常将脊波导中双脊结构的末端进行切割处理，形成台阶状结构，使其脊间距变大，来提高电磁波单向传输能力．但由于脊末端结构的突变导致脊波导特性阻抗无法有效匹配，激励起高次模，产生混合波型共同传输的现象，影响了传输效率．本文通过采用二阶台阶状结构，能够有效增加脊末端结构处阻抗过渡的平滑性，确保了电磁波的单模传输性，降低回波损耗，展宽带宽．图4为改进前后的双脊末端结构示意图．Ｙ１Ｙ２Ｚ１Ｚ２(a)改进前(b)改进后图4改进前后的双脊末端结构示意图对后腔侧壁结构，文献[7]将后腔内的E 面锲体去掉后，虽然整体来看对天线的驻波特性影响不大，但确实对高频处的电性能产生了负面影响，这正是由于后腔结构的突变所引起的．这种负面影响对于工作在1GHz 以上的喇叭天线更为明显，因此设计时在后腔结构的E 面侧壁中恢复了去掉的2个对称锲体．图5是后腔结构电场强度分布，图6是后腔结构侧壁改进结构示意图，图7是矩形凸台增加前后的双脊间电流强度分布．电磁波传输时在后腔侧壁与后壁的中心位置处的电场强度较强(见图5)，通过在这些位置处分别增加一个经过削去棱角的矩形凸台(见图5后腔结构电场强度分布凸台对称锲体图6后腔结构侧壁改进结构示意图(a)增加前(b)增加后图7矩形凸台增加前后的双脊间电流强度分布空军预警学院学报2020年384图6)，可以更好地集中双脊间的电流密度(见图7)，实现稳定的辐射性能[8]．1.2喇叭段结构喇叭段主要实现从双脊波导到自由空间处阻抗过渡的功能，其阻抗过渡的平滑性将直接影响着天线的回波损耗以及其他性能[7]．为使阻抗过渡的平滑性好，喇叭段阻抗Z 满足：Z ={Z 0¥e kz377+Z0¥(1-ek (l -z ))0£z £l /2l /2<z £l(1)式中，Z 0¥为频率无穷大时矩形波导的特性阻抗，k 为常数，z 为喇叭长度变量，l 为喇叭段长度．由此可通过喇叭段的中点坐标、终点坐标和脊间距计算出喇叭段的脊曲线函数为y =0.65e 0.044x +0.01x(2)喇叭段E 面的2个侧壁采用相对介电常数εr 为4.4、厚度为1.6mm 的介质基板代替，并在每个侧壁的内侧各蚀刻上7根宽度相同的等间距金属条，既可以改善高频方向图[10]，也易于装配，只需要用螺钉将介质基板固定在喇叭段的E 面两侧，可减少装配过程中引起的误差．2仿真结果及分析根据所设计的结构并结合各部分的尺寸大小，可通过高频结构仿真器(HFSS)软件得到如图8所示的仿真模型．经过参数优化，最终得到的2~18GHz 双脊喇叭天线结构尺寸值如表1所示，后腔结构改进前后驻波比和增益仿真结果如图9所示．Ｌ１Ｌ２图82~18GHz 双脊喇叭天线仿真模型由图9可知，后腔结构改进后，带内驻波比的最大值为1.7，典型值为1.6，有效提高了天线驻波特性，降低了回波损耗；增益仿真结果则表明了在2~18GHz 频带范围内整体保持平稳上升趋势，相邻频点的增益波动幅度不超过1dB ，未出现较大的凹陷现象，具有良好的辐射特性．其中当双脊末端的结构改为二阶台阶状后，主要改善了天线高频处的驻波特性，典型值为1.60，最大值为2.05，同时提升了16~18GHz 处的增益值，但14GHz 处的回波损耗依旧较大，且在12GHz 处的增益有明显的凹陷现象，未达到设计要求．进一步通过增加后腔侧壁E 面的对称锲体的方式保证了带内驻波比的稳定性，最大值降为了1.7，同时在后腔部分场强较大的位置增加了凸台，平稳了增益在12GHz 处较大的波动幅度．在提高双脊末端和后腔侧壁结构处阻抗过渡的平滑性后，本文设计抑制了电磁波在传输时激发的高次模，较好改善了驻波特性，同时克服了由于喇叭天线口径的相位差在高频段变大所导致的增益下降问题，证明了设计方案的优越性．１１１１１２２２驻波比频率／ＧＨｚ(a)驻波比增益／ｄＢ频率／ＧＨｚ(b)增益图9后腔结构改进前后驻波比和增益仿真结果3实测结果分析由图8仿真模型并结合实际，可通过Solid-works 软件得到实物模型，而天线的喇叭段侧壁是由相对介电常数为4.4、厚度为1.6mm 的介质基板并蚀刻7根等间距的金属条构成的，所以这部分结构可通过Altium Designer 进行设计．最终得到的2~18GHz 双脊喇叭天线实物如图10所示．图102~18GHz 双脊喇叭天线实物3.1驻波比的实测结果分析将加工好的实物天线经稳相同轴电缆连接第5期张丰，等：2~18GHz 超宽带双脊喇叭天线的设计与实现385在矢网仪上，并进行校准，最终得到的实测结果以及与仿真结果的对比如图11所示．(a)驻波比实测结果１１１１１２驻波比频率／ＧＨｚ(b)驻波比仿真与实测结果图11驻波比仿真与实测结果比较由图11可知，最终的实测结果与仿真结果基本吻合，驻波比均在2以下，最大值为1.9，符合设计要求．但整体来看最终的实测驻波比与仿真结果相比依然偏高，具体原因分析如下：①2~18GHz 喇叭天线在同轴脊波导转换结构处相对来说较为复杂，该处的零部件均由螺钉固定而成，且波导段内部空间较小，容易造成装配或加工上的误差，因此影响了实测驻波比的性能．②由于实验条件的限制，在测量2~18GHz 喇叭天线时未能在环境相对理想的微波暗室中进行，而是在场地相对开阔的实验室进行测量，试验时辐射出的部分电磁波受到障碍物或墙壁的遮挡而反射回输入端导致驻波比的恶化．3.2方向图实测结果分析由于实验室没有合适的2~18GHz 标准增益的喇叭天线，未能对其增益进行测量，而方向图则可侧面反映出天线的增益特性，可由每个频点对应的0°方向图来表征．将待测天线与辅助发射天线通过低损线缆分别连接至矢网仪的端口1与端口2，然后通过转台控制器来控制待测天线的旋转角度并记录下此时的S 12参数，再改变收发天线的极化方式继续测量．由于超宽带天线容易在12GHz 以上时增益特性急剧下降，表现在方向图中会出现明显的波瓣分裂现象，因此对天线在12GHz 、15GHz 以及18GHz 处的E 面和H 面方向图进行了实测，实测与仿真结果的对比如图12和图13所示．由图12和图13的3个频点方向图的实测与仿真结果可知，其0°位置处均能保持较好的方向性，并未出现因增益下降而导致的主瓣分裂现象，能够有效地起到聚束作用，也侧面证明了增２４０２７０３００-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ２１０１８０１５０１２０９０６０３００３３０２４０２７０３００２１０１８０１５０１２０９０６０３００３３０-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ２４０２７０３００２１０１８０１５０１２０９０６０３００３３０-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ仿真结果实测结果仿真结果实测结果仿真结果实测结果(a)12GHz 方向图(b)15GHz 方向图(c)18GHz 方向图图122~18GHz 喇叭天线各频点E 面方向图实测与仿真结果２４０２７０３００２１０１８０１５０１２０９０６０３００３３０２７０１８０９００２７０１８０９００-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ３００６０１２０１５０２１０３３０３０２４０-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ６０３０３３０３００２４０２１０１５０１２０-４０-２００-４０-２００归一化增益／ｄＢ仿真结果实测结果仿真结果实测结果仿真结果实测结果(a)12GHz 方向图(b)15GHz 方向图(c)18GHz 方向图图132~18GHz 喇叭天线各频点H 面方向图实测与仿真结果益在设计频段内均可保持平稳的优良特性．4结论1)基于HFSS 仿真软件，设计了一种2~18GHz的超宽带双脊喇叭天线．通过对后腔结构双脊末端和后腔侧壁结构的改进提高了阻抗过渡的平滑性，增强了双脊间的电流密度，保证了驻波比和增益在设计频带范围内的稳定．2)仿真结果表明，本文设计天线的驻波比在全频带内典型值为1.6，最大值为1.7，相比其他空军预警学院学报2020年386工作在同频段的天线来说其驻波性能更为优越，同时保证了增益在全频段内的稳定性，波动幅度不超过1dB ．3)实测结果表明，本文设计天线的驻波比典型值为1.6，最大值为1.9，由于实际加工误差等原因相较仿真结果偏高，但依旧符合设计要求；方向图在12GHz 以上的高频段并未出现裂瓣现象．这说明本文设计加工出的天线克服了驻波特性与增益特性之间的制约作用，在保持高效传输电磁能量的同时，也有效提升了自身的方向性，满足设计要求，可广泛应用于电磁兼容领域的辐射发射测量系统中．参考文献：[1]张文婷,陈星.3D 打印的小型化超宽带盘锥天线[J].电子元件与材料,2020,39(1):48-51.[2]程阳,陈星.一种仰角可调的变形对数周期天线[J].太赫兹科学与电子信息学报,2020,18(3):409-413.[3]翁呈祥,高玉良,许明,等.超宽带双脊喇叭天线的设计[J].压电与声光,2011,33(2):336-338.[4]赵嘉斐,王学田,王伟.宽带双脊喇叭天线的仿真与设计[J].微波学报,2014,30(S1):264-266.[5]胡南.0.8～18GHz 超宽带双脊喇叭天线的设计与实现[C]//2017年全国天线年会论文集:上册.中国电子学会天线分会,2017:79-81.[6]岳震震.宽频带加脊喇叭天线设计[D].西安:西安电子科技大学,2017:26-28.[7]张丰,王敏,于丽丽,等.0.2~2.5GHz 改进型超宽带双脊喇叭天线的设计与实现[J].电子测量技术,2018,41(20):68-72.[8]师阿元.高增益超宽带双脊喇叭天线[D].西安:西安电子科技大学,2017:28-34.[9]邵玉.脊波导和矩形波导传输特性分析[D].合肥:合肥工业大学,2017:26-32.[10]林昌禄.天线工程手册[M].北京:电子工业出版社,2002:402-409.Design and implementation of 2-18GHz UWB double-ridged horn antennaZHANG Feng,ZHANG Xiancai,ZHANG Xiaohan,ZHAI Jiyao(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)Abstract ：In order to meet the requirements of the antenna with ultra-wideband (UWB)characteristics in the electromagnetic compatibility test system,this paper designs and implements a 2-18GHz UWB double-ridged horn antenna.By adopting a second-stage stepped reflection cavity structure at the end of the double ridges of the posterior cavity and adding E-plane symmetric wedge bodies and lug bosses,the discontinuity of the structure is improved and the current density between the double ridges is concentrated.The results of simulation and actual measurement show that this design effectively improves the in-band standing wave property of double-ridged horn antenna,with the typical standing wave ratio of 1.6and the maximum value of 1.9,able to maintain stable radia-tion performance,the pattern having no obvious split lobes.The proposed method has high engineering applica-tions value.Key words ：double-ridged horn antenna ；electromagnetic compatibility ；ultra wideband ；structure of posteri-orcavity关于论文学术不端检测的声明学术不端行为是指在学术研究过程中出现的违背科学共同体行为规范、弄虚作假、抄袭剽窃或其他违背公共行为准则的行为．论文学术不端类型主要有剽窃、伪造、篡改、不当署名、一稿多投、重复发表等表现形式，其界定标准依照CY/T 174—2019《学术出版规范期刊学术不端行为界定》执行．目前，为了净化学术环境，防止学术不端行为，《学报》利用中国期刊全文数据库(中国知网)、中国核心期刊(遴选)数据库(万方数据)等数字出版平台提供的学术不端检测系统对投稿和录用论文分别进行检测．对复制比检测超标的论文，一律退稿．若有一稿多投，《学报》3年内不接收该作者的任何稿件．《空军预警学院学报》编辑部。

基于超宽带结构的喇叭天线设计与实现

基于超宽带结构的喇叭天线设计与实现作者：范木杰来源：《科教导刊·电子版》2018年第34期摘要本文给出一种基于超宽带的新型结构的喇叭天线，将上喇叭体与下喇叭体分别固定，可以通过调节上下两个壳体距离来调整喇叭的开口大学，实现一个喇叭天线多用化。

整个系统结构紧凑，安装时无需拆卸固定板，提高了大批量更换天线时的工作效率。

关键词超宽带喇叭天线电磁场中图分类号：TN82 文献标识码：A0引言喇叭天线是面天线，波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，是使用最广泛的一类微波天线。

随着微波通信技术的发展，超宽带天线设备备受重视，但是现有的超宽带喇叭天线在进行微波测试或微波应用时喇叭天线的开口大小无法改变，而且室外的喇叭天线在长期的使用过程中会出现裂口、腐蚀、部分部件脱落等，且拆装更换不够便捷。

1喇叭天线结构设计为了提高喇叭天线安装效率，本文设计一种新型结构的超宽带喇叭天线，包括分开扣在一起的上喇叭壳体和下喇叭壳体，上、下喇叭壳体的长方体部位两侧分别固定两组导向杆固定穿板，多条竖直的导向杆分别贯穿上下的两片导向杆固定穿板，且每条导向杆的两端分别固定有挡片，上、下喇叭壳体的长方体部位的两侧设置有开口，竖直的调节螺纹杆分别贯穿并拧在上喇叭壳体和下喇叭壳体的侧壁内，且调节螺纹杆上下部分的螺纹旋转方向相反，调节螺纹杆中间部位的两个挡盘之间套有固定套，发射器外壳的一侧固定在固定套上，发射器外壳两侧的上喇叭壳体和下喇叭壳体内部分别固定有上插板和下插板，同侧的上插板和下插板一端交错在一起。

设置上，上、下喇叭壳体的开口侧壁尽可能的薄，且上喇叭壳体和下喇叭壳体接触部位紧贴，这样上、下喇叭壳体扣合在一起能够组成一个完整的喇叭，壳体的距离可以根据需要进行调节，从而可以调节整体喇叭的开口大小，可形成E面扇形喇叭，从而使一个喇叭天线多用化。

而且上下固定插杆之间的距离可以根据与其配套的喇叭天线配套，本结构用作E面扇形喇叭时，固定插杆之间的距离较大，这样便于安装。

小型EMC宽带喇叭天线设计

第13卷,第3期中国传媒大学学报自然科学版 Vol.13,No.3 2006年9月 JOURNAL OF C O M MUN I C ATI O N UN I V ERSI TY OF CH I N A S CI E NCE AND TECHNOLOGY Sept.2006小型E MC宽带喇叭天线设计邓晔辉,逯贵祯,刘俭(中国传媒大学通信工程系,北京100024)摘　要:混波室(Reverberati on Cha mber)作为一种新型的电磁兼容的测量设备,由于其自身的优越性,受到越来越多的关注。

应用于混频室内的天线对频带宽度的要求比较高,需要天线能覆盖很宽的频带。

本文提出一种工作频率为2GHz-10GHz的宽带加脊喇叭天线的设计方法,利用Ans oft HFSS9软件进行建模仿真,从简化设计以及降低加工难度的角度出发,将喇叭天线的物理尺寸尽可能的减小以方便在空间有限的混波室内使用。

将仿真结果与现有喇叭天线实测结果相比较,结果表明,该天线在所设计频带内匹配良好!物理尺寸仅为现有商用喇叭天线的2/3左右。

关键词:电磁兼容(E MC);混波室(Reverberati on Cha mber);宽带加脊喇叭天线;HFSS电磁仿真软件中图分类号:T N82　文献标识码:A　文章编号:1673-4793(2006)03-0067-04The D esi gn of S ma ll E M C Broadband Horn An tennaDENG Ye2hui,LU Gui2zhen,L I U J ian(Communicati ons Engineering Depart m ent,Communicati on University of China,Beijing100024,China)Abstract:B r oadband antennas,due t o the large frequency bands required by standards,are the work horse of electr omagnetic compatibility testing.The size of the traditi onally horn antenna are t oo large t o used in the reverberati on cha mber.The paper suggests a si m p lify design of a s mall2G～10G br oadband ridged horn which t o be used in the reverberati on cha mber,it gets s ome ideal result using Ans oft electr omagnetic si m ulati on s oft w are.The test results show that the antenna matches well in the frequency band.Key words:E MC;reverberati on cha mber;br oadband ridged horn antenna;ans oft HFSS E M si m ulat or1　引言用混波室进行电磁兼容测量实验是电磁兼容中的一种测量方法。

一个宽带双脊喇叭天线的设计方法

一个宽带双脊喇叭天线的设计方法引言对喇叭天线而言，最常用的展宽频带的方法是在波导部分及喇叭张开部分加入脊形结构。

虽然该天线已应用于某些工程实际中，但是此类天线在频率大于12 GHz 时，增益下降，方向图主瓣出现分裂，并且随着频率的升高，主瓣凹陷得越来越厉害。

这对方向图要求高的场合，如将天线用作主反射面馈源、EMC测试，已不能满足要求。

针对这一问题，本文利用Ansoft公司推出的HFSS电磁仿真软件，通过做大量的仿真实验，设计了一幅频率范围为1～18GHz的宽带喇叭天线，它的增益在整个频段大于10 dB，方向图在15 GHz时，主瓣才开始出现分裂，并且随着频率的升高，直到18 GHz主瓣也没有出现大的凹陷，这样的结果比较理想，可以满足更高的工程要求。

1 宽带双脊喇叭天线的设计基于电磁仿真软件HFSS，通过做大量的仿真实验，得到宽带双脊喇叭天线结构模型如图1所示，它由3部分组成：馈电部分，脊波导部分，喇叭张开部分。

各部分的具体设计过程如下。

1.1 脊波导部分设计脊波导部分的横截面示意图如图2所示，波导的横截面尺寸为a×6，脊宽为a1，脊间距为b1，设计时主要依据脊波导理论。

在设计时，首先确定b/a，b1 /b，a1/a 的值，然后参考文献[4]的曲线就可得λCE10/A匹，λCE30/a及频率为无穷大时TE10模的特性阻抗z0∞的值，通过式(1)算出在给定工作频率f下的特性阻抗以便于馈电段的设计：为了改善馈电段到喇叭段的匹配，让它的横截面尺寸逐渐增大，所以这部分的整体结构设计成一个E面的扇形喇叭，再在两个窄壁面上加2个楔体以改善高频端的方向图。

1.2 馈电部分的设计馈电部分的结构示意图见图3，通常采用N型同轴接头馈电，同轴线的外导体连在波导的侧壁上，同轴线的内导体通过第一个脊的腔体，连到第二个脊上形成短路，内导体在波导腔内可看作一单极辐射器，由于普通波导的阻抗远大于同轴线的阻抗，因此内导体必须终止在远离波导壁的地方，以防止失配，而脊波导的阻抗与同轴线的阻抗相一致，所以同轴线的内导体必须接在相对的脊上以利于匹配。

宽带加脊喇叭天线的简化设计

第 26 卷第 5 期 2004 年 5 月
现代雷达
Vol. 26 No. 5
Modern Radar
May , 2004
65
宽带加脊喇叭天线的简化设计 Ξ
邵余峰
(南京电子技术研究所南京 210013)
【摘要】加脊喇叭作为宽带天线的一种重要形式在雷达工程上的应用已愈来愈广泛。文中结合 Ansoft HFSS EM 软件仿真技术 ,给出了一种宽带加脊喇叭的简化设计方法 ,把加脊喇叭天线的设计分解成简单的 3 个部分来进行 ,即同轴脊波导变换部分、喇叭部分、脊曲线的求解部分。该方法简化了脊曲线的求解 ,避免了繁杂的数学计算过程 ,运用 Ansoft 电磁场仿真软件进行优化得到较理想的结果。实测结果表明 ,这种天线在三倍频程的带宽内匹配良好。
脊曲线的求解是脊喇叭设计的关键部分 ,它是一个指数曲线如图 3 所示 (图中 b2 为 0. 5 倍的脊间距、 D 为喇叭口径、L 为喇叭的轴长) ,其数学形式为
y ( x ) = A ekx + C ·x
(4)
图 3 脊曲线的座标
喇叭口面的波阻抗严格分析应从波模理论出发 , 即喇叭的导行波可分解成各次波模 ,自由空间的球面
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第5期
邵余峰 :宽带加脊喇叭天线的简化设计
67
图 5 圆锥加脊喇叭实测驻波曲线
图 6 用 Ansoft HFSS EM 仿真的驻波曲线
图 7 Ansoft HF26 卷
联立式 (1) ～式 (3) 即可求得截止频率 λc ,式中各参数如图 2 所示 ,其中 x = b2/ b1 ; Cd 是关于 b2/ b1 的一个不连续性电容的函数 ;ε是传播媒质的介电常数 ,在自由空间等于 8. 852 ×10 - 12 F/ m 。

超宽带双脊喇叭天线的设计

超宽带双脊喇叭天线的设计
翁呈祥;高玉良;许明;廖伟;蔺美青
【期刊名称】《压电与声光》
【年(卷),期】2011(33)2
【摘要】该文基于喇叭天线的基本理论,研究了影响喇叭天线截止频率的因素,确定了双脊喇叭天线的基本尺寸,最后利用HFSS软件进行喇叭天线的建模仿真优化,确定了6~18 GHz超宽带双脊喇叭天线的最终尺寸。

仿真数据和测试结果吻合的很好,在整个频率范围内增益大于G〉10 dB,驻波比小于VSWR〈1.6,它的主波束在整个频段几乎没有分裂,现已应用于电子对抗领域。

【总页数】3页(P336-338)
【关键词】超宽带;双脊喇叭天线;方向图
【作者】翁呈祥;高玉良;许明;廖伟;蔺美青
【作者单位】空军雷达学院雷达对抗研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.宽带双脊喇叭天线的设计与分析 [J], 张青;刘元云;商远波
2.超宽带双脊喇叭天线的仿真与设计 [J], 吴禄军;王群;唐章宏;刘占杰;施楣梧
3.2～18GHz超宽带双脊喇叭天线的设计与实现 [J], 张丰;张显才;张小涵;翟际遥
4.2~18GHz超宽带双脊喇叭天线的设计与实现 [J], 张丰;张显才;张小涵;翟际遥
5.1~5 GHz超宽带双脊喇叭天线的设计 [J], 王菲
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超宽带tem喇叭天线阵列的微遗传算法优化

超宽带tem喇叭天线阵列的微遗传算法优
化
超宽带TEM喇叭天线阵列是一种新型的天线技术，它具有宽带、高增益、低剖面等优点，被广泛应用于雷达、通信、遥感等领域。

然而，天线阵列的优化设计是一个复杂的问题，需要考虑多个因素的影响，如天线元件的位置、大小、形状等。

为了解决这个问题，微遗传算法被引入到天线阵列的优化设计中。

微遗传算法是一种基于遗传算法的优化方法，它通过模拟自然界的进化过程，不断优化天线阵列的设计参数，以达到最优化的效果。

具体来说，微遗传算法将天线阵列的设计参数编码成一组二进制串，然后通过交叉、变异等操作，不断生成新的个体，直到找到最优解为止。

在超宽带TEM喇叭天线阵列的优化设计中，微遗传算法可以考虑多个因素的影响，如天线元件的位置、大小、形状等。

通过不断优化这些参数，可以使天线阵列的性能得到最大化，从而提高雷达、通信、遥感等领域的应用效果。

微遗传算法是一种有效的优化方法，可以在超宽带TEM喇叭天线阵列的设计中发挥重要作用。

未来，随着天线技术的不断发展，微遗传算法将会得到更广泛的应用，为各种领域的应用带来更高的性能和效率。