喇叭天线设计要点
标准增益喇叭天线
标准增益喇叭天线喇叭天线是一种常见的天线类型，其设计结构独特，能够有效地增加天线的增益，提高信号接收和发送的性能。
标准增益喇叭天线是一种常用的天线类型，具有较好的方向性和增益特性，适用于各种通信系统和雷达系统中。
本文将对标准增益喇叭天线的设计原理、特点和应用进行介绍。
首先，标准增益喇叭天线的设计原理是基于喇叭天线的结构特点和电磁波的传播原理。
喇叭天线的结构呈喇叭形状，具有逐渐扩大的横截面，能够有效地聚焦电磁波，提高天线的增益。
同时，喇叭天线还具有较好的方向性，能够限制信号的传播方向，减小干扰和提高接收灵敏度。
通过合理设计喇叭天线的结构参数和工作频率，可以实现标准增益喇叭天线的设计。
其次，标准增益喇叭天线具有较好的特点和性能。
首先，标准增益喇叭天线具有较高的增益，能够提高信号的接收灵敏度和发送功率，增强通信系统的覆盖范围和传输距离。
其次，标准增益喇叭天线具有较好的方向性，能够限制信号的传播方向，减小干扰和提高抗干扰能力。
此外，标准增益喇叭天线还具有较宽的工作频带和稳定的工作性能，适用于各种复杂的通信环境和应用场景。
最后，标准增益喇叭天线在各种通信系统和雷达系统中具有广泛的应用。
在通信系统中，标准增益喇叭天线可以用于基站天线、移动通信天线、卫星通信天线等，能够提高通信系统的覆盖范围和通信质量。
在雷达系统中，标准增益喇叭天线可以用于目标探测、跟踪和导引，能够提高雷达系统的探测距离和目标分辨率。
此外，标准增益喇叭天线还可以用于无线电测向、天线阵列和无线通信系统中，具有广泛的应用前景。
综上所述，标准增益喇叭天线是一种常用的天线类型，具有较好的方向性和增益特性，适用于各种通信系统和雷达系统中。
通过合理设计喇叭天线的结构和工作频率，可以实现标准增益喇叭天线的设计，提高通信系统和雷达系统的性能和应用效果。
希望本文对标准增益喇叭天线的理解和应用有所帮助，谢谢阅读！以上就是关于标准增益喇叭天线的一些介绍，希望对您有所帮助。
第六讲喇叭天线(09)
第六讲：喇叭天线喇叭天线：H面扇形、E面扇形、角锥喇叭喇叭天线可视为张开的波导口。
喇叭的功能是在比波导口更大的口径上产生均匀的相位波前，从而获得较高的定向性。
喇叭天线不算新天线，早在1897年就有人构造过。
为了使导行波的反射最小化，其转换区域，即介于波导的咽喉部位与自由空间的口径之间的喇叭段可制成指数率逐渐锥销。
但实用的喇叭一般都制成直线律张开。
一、H面扇形喇叭天线（一）、几何结构及坐标1D2D b=O一段尺寸为a b⨯的矩形波导口径沿H面渐变，张开形成口经为1D b⨯的喇叭—H面扇形喇叭。
矩形波导的宽边为a，窄边为b，传输10TE 模，假定波导开口面上的场分布和波导内横截面上的场分布相同。
两个渐变壁的交线为Y轴，口径法向为Z轴，Y与Z轴交O点，口径中心为O’点，1OO R H'=-称为面扇形喇叭的长度HHα-面扇形喇叭的半张角(二)、内场1、内场表达式假设喇叭无限长，采用圆柱坐标系(ρα，，y )，喇叭内为空气介质。
设波导传输横电模（TE 模），则内场为：$µµ(,,)(,,)(,,)(,,)(,,)y E y yE y H y H y H y αρραραρααραρρα⎧=⎪⎨=+⎪⎩u v u u v 由于H 面沿Y 向无变化，故场与Y 坐标无关，或说Y 向均匀分布。
(,,)(,)(,,)(,)y y E y E H y H ααρρραραραρα=⎧⎪⎨=⎪⎩ 在圆柱坐标系中，由Maxwell 方程可得关于内场的微分方程222222211()()0zk ρϕρρρρρϕ∂A ∂A ∂A ∂∇A =++∂∂∂∂∇+A =2柱坐标系中z 波动方程 222211()1y y y o yo E E k E Eyj H E j H ραρρρρραωμραωμρ∂∂∂=--∂∂∂∂-=∂∂-=∂ 其中，2200,k k ωεμ=为波数 可见，只需求解出y E 即可，,H H ρα由y E 求得。
天线原理与设计—第六章口径天线和喇叭天线
天线原理与设计—第六章口径天线和喇叭天线口径天线是一种特殊的天线，其工作原理是通过改变天线口径的大小以实现方向性辐射。
喇叭天线则是一种具有喇叭形状的天线，其主要功能是对电磁波进行聚焦或分散，从而实现天线的增益和波束的调控。
本章将介绍这两种天线的基本原理和设计方法。
6.1口径天线6.1.1口径天线的基本原理口径天线的基本原理是利用天线口径的大小来控制电磁波的发射和接收方向。
根据狄拉克定理，天线辐射的功率密度与天线口径的平方成正比。
因此，通过改变天线口径的大小，可以调整天线的辐射功率和波束的方向性。
一般情况下，口径天线的口径越大，辐射功率越大，波束的方向性越好。
6.1.2口径天线的设计方法口径天线的设计方法主要包括天线口径的确定和辐射模式的设计。
天线口径的确定需要考虑到工作频率、辐射功率和波束方向等参数。
一般情况下，口径天线的口径选取为波长的几倍，以保证天线的辐射效果和方向性。
辐射模式的设计则需要根据具体的应用要求，确定天线的辐射方式和波束的形状。
6.2喇叭天线6.2.1喇叭天线的基本原理喇叭天线是一种特殊形状的天线，其主要功能是将电磁波进行聚焦或分散，从而实现天线的增益和波束的调控。
喇叭天线的基本原理是利用喇叭形状的反射面将电磁波进行反射和聚集。
喇叭天线可以分为抛物面喇叭天线和双曲面喇叭天线。
抛物面喇叭天线主要用于聚焦电磁波，而双曲面喇叭天线主要用于分散电磁波。
6.2.2喇叭天线的设计方法喇叭天线的设计方法主要包括反射面的确定和波束的调控。
反射面的确定需要考虑到工作频率、波束宽度和聚焦距离等参数。
一般情况下，抛物面喇叭天线的反射面采用抛物线形状，双曲面喇叭天线的反射面采用双曲线形状。
波束的调控则需要通过反射面的形状和尺寸来实现，一般情况下，反射面的大小越大，波束的调控能力越好。
综上所述，口径天线和喇叭天线是一种特殊的天线，其工作原理是通过改变天线口径的大小和喇叭形状来实现方向性辐射和波束的调控。
口径天线通过改变天线口径的大小来控制电磁波的发射和接收方向，而喇叭天线则通过喇叭形状的反射面将电磁波进行聚焦或分散。
喇叭天线的设计1206030201
微波技术与天线课程设计——角锥喇叭天线姓名：***学号：**********目录一．角锥喇叭天线基础知识 (3)1. 口径场 (3)2. 辐射场 (4)3.最佳角锥喇叭 (7)4. 最佳角锥喇叭远场E 面和H面的主瓣宽度 (7)二．角锥喇叭设计实例 (7)1. 工作频率 (8)2.选用作为激励喇叭的波导 (8)3.确定喇叭的最佳尺寸 (8)4.喇叭与波导的尺寸配合 (9)5.天线的增益 (10)6.方向图 (10)一．角锥喇叭天线基础知识角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，如下图所示。
矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H。
1. 口径场角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在x和y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内的场的严格解析解是困难的。
通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x和y两个方向均为平方律变化。
按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为：ηπβyX R y R x j H y E H eD xE E EH -==+-)2(022)cos( （1.1）如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。
若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。
由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。
2. 辐射场由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。
由于计算过程较繁，这里直接给出结果。
])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E r j H E r j I I re E j E I I r e E j E θϕλθϕλβϕβθ+=+=-- （2.1）其中：)]})()([)()({)]}()([)()({(213434)2/(1212)2/(2221u S u S j u C u C eu S u S j u C u C e R I H x H x R j R j H H +-+++-+=--βββββπ（2.3）)]}()([)()({211212)2/(2w S w S j w C w C e R I E Y R j E E +-+=-βββπ（2.4）H x Hx D D /cos sin /cos sin 21πϕθββπϕθββ-=+= (2.5)HH x H H H x H HH x H H H x H R R D u R R D u R R D u R R D u πβββπβββπβββπβββ/)2/(/)2/(/)2/(/)2/(21211111-=+=-=+= (2.6))sin sin 2()sin sin 2(21ϕθπβϕθπβE EE E EE R D R w R D R w -=+= （2.7） 角锥喇叭的 E 面和 H 面场为：2/||====ϕϕπϕθE E E E H E (2.8)在角锥喇叭的 D E 、R E 、D H 、R H 与扇形喇叭的相同时，可以证明:■角锥喇叭在 E 面的方向图与 E 面扇形喇叭的 E 面方向图相同；■角锥喇叭在 H 面内的方向图与 H 面扇形喇叭在 H 面内的方向图相同。
喇叭天线CAD6
(6-1)
3
天线 CAD
西安电子科技大学（尹应增） 2006 年秋
若考虑到损耗要小，b 应当小；但若考虑到传输功率要大，b 又应当大。综 合考虑抑制高次模、损耗小和传播功率大等因素，矩形波导截面尺寸—般选择：
(6-2) 波导尺寸确定后，其工作频率范围便可确定。为使损耗不大，并不出现高次 模，其工作波长范围取：
图613narda微波公司的x波段标准增益喇叭天线天线cad西安电子科技大学尹应增20062113圆形波导辐射器圆形波导辐射器如图615所示为圆波导半径圆形波导通常传输主模h11开口面上的口径场可以写利用口径场积分可以求出圆形波导辐射器的远区场表达式
天线 CAD
西安电子科技大学（尹应增） 2006 年秋
综上所述，矩形波导辐射器的设计就是依据给定的工作频率 f ，选取波导 尺寸，然后根据上面的公式就可以计算出远区辐射场的方向图，并进一步计算出 其增益。其次，从这一过程看到，口径天线的基本分析过程就是先确定口径场， 然后再计算远场。最后，通常情况下，可以将具有矩形口径的平面阵列天线作为 矩形口径天线来等效。只是在估算增益时，其口径效率按 50%计算即可。
矩形口径的方向性系数 D 可以表示为：
(6-6b)
(6-7) 其中 ei = 8 / π 2 =0.81，称为口径效率；A 为口径面积。在面天线中，通常将方 向性系数就认为是天线的增益。
图 6-4 中给出了矩形波导辐射器的 H 平面和 E 平面功率方向图。图中实线 表示开口处反射系数为零时的计算值，虚线表示计入反射系数时的计算值，小圆 图表示测量值。波导尺寸 a = 0.71λ ， b = 0.32λ 。从图可见在θ 角度不大的范围 内，两条理论曲线和测量结果相当符合。θ 很大时，理论计算和测量结果相差较 大。这主要是由于计算方法或数值模型的误差造成的，足以可以在工程上应用。
天线原理与设计4.3 喇叭天线
H面喇叭
E面喇叭
角锥喇叭
图6―3―1 普通喇叭天线
圆锥喇叭
6－3 喇叭天线
（1）喇叭天线结构
（2）口径场分布
（3）远区场 由6-2-3 and6-2-4 积分得到E面和H面的辐射场
（4）口径天线电参数
角锥喇叭天线结构尺寸与坐标 LH
y
LE
x
a
OH
OE
b
bh z
ah
a、b为波导的宽边和窄边尺寸;ah、bh为相应的口径尺寸。OE、OH分别为E面、H面 的顶点； LE、LH分别为E面和H面长度; LE≠LH时，为楔形角锥喇叭；当LE=LH时， 为尖顶角锥喇叭；当ah=a或LH=∞时，为E面喇叭；当bh=b或LE=∞时，为H面喇叭。 喇叭天线可以作为口径天线来处理。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭 结构波导的相应截面的导波场来决定。
叭口径场为：
x
x2 LH
,当x
a2h x时出现xL2最大4相axm2位x2偏移 2，ax2xmxm
平方率的相位分布 ah2 4 LH
y
y2 LE
,当x
bh 2
时出现最大相位偏移，ym
bh2 4 LE
x
y
xs2 LH
ys2 LE
, 最大相位偏移 m
4
ah 2 LH
bh 2 LE
(6 3 2)
Es
Ey
E0
cos xs
ah
e ，H
j
xs2 LH
ys2 LE
喇叭天线设计范文
喇叭天线设计范文喇叭天线是一种常见的天线类型，它通过产生和放大电磁波来传输和接收信号。
喇叭天线结构独特，可以提供增益和方向性，使其在许多应用中都表现出色。
在接下来的1200字以上中我们将深入探讨喇叭天线的设计原理和应用。
喇叭天线的设计原理基于天线的形状和尺寸。
它通常由一个底部进口和一个底部出口组成。
进口和出口的大小和形状决定了天线的频率和频带宽度。
进口是天线的输入段，用于接收或发射电磁波。
出口是天线的输出段，用于辐射或接收电磁波。
在进口和出口之间的区域称为导向段，用于引导电磁波。
喇叭天线的设计可以分为两个主要方面：频率响应和辐射特性。
频率响应是指天线在特定频率范围内的工作效果。
喇叭天线的频率响应主要取决于喇叭的形状和尺寸。
为了实现宽带频率响应，天线的进口和出口需要适当的增大。
进口的大小要确保信号的完整性，而出口的大小要确保信号的放大和辐射。
喇叭天线通常用于高频段的应用，例如雷达、通信和卫星通信。
辐射特性是指天线在空间中辐射或接收电磁波的能力。
喇叭天线通常具有良好的方向性，这意味着它可以将信号集中到特定的方向上。
方向性是通过喇叭的形状和导向段的长度来实现的。
较长的导向段可以提高天线的方向性，但也会减少天线的频带宽度。
因此，在设计喇叭天线时需要权衡方向性和频带宽度的需求。
喇叭天线在许多应用中都有广泛的应用。
它们常用于雷达系统中，用于探测和跟踪目标。
喇叭天线在雷达系统中提供了高增益和方向性，能够有效地检测远处的目标。
除了雷达系统，喇叭天线还广泛应用于通信和卫星通信系统中。
它们提供了较好的方向性和覆盖范围，可以实现远距离的数据传输和通信。
设计喇叭天线需要考虑多种因素，例如频率范围、增益、方向性、频带宽度、输入阻抗等。
可以使用各种电磁场模拟软件进行天线设计和分析。
这些软件可以模拟天线的电磁场分布，并提供关于天线性能的详细信息。
此外，实际的天线测试和优化也是设计过程中的重要步骤，可以通过改变天线的形状、尺寸和材料来优化天线的性能。
第十章喇叭天线
jβ
RH π D /2 ( −sinθ )2 H 2 β DH −DH /2
∫
e
− jβ
RH x π −sinθ + 2 RH β DH
2
dx
1 π RH j β e = 2 β
RH π ( − sin θ ) 2 2 β DH
{C (t ) − C (t ) − j [ S (t ) − S (t )]}
x = x2 =
DH 时， 2
DH π − − sin θ = u2 2 RH β DH
(10.5b)
得
1 π RH jβ IH1 = e 2 β
1 π RH j β e = 2 β
x
RH π t ( +sinθ )2 2 − j π t 2 2 β DH 2
∫e
t1
dt
(10.6)
4 3 4 3
(10.7)
169
《天线原理与设计》讲稿
王建
式中，
t3 = −
β RH π
DH π − + sin θ = −u3 2 RH β DH
(10.8a)
t4 =
β RH π
DH π + − sin θ = u4 2 RH β DH
(10.8b)
t=
β x π [ − RH ( + sin θ )] = π RH β DH
β π RH
dx ，
dt =
dx =
π RH dt β
x = x1 = −
DH 时 ， 2
t1 = −
t2 =
β RH π
β RH π
DH π + + sin θ = −u1 2RH β DH
喇叭天线设计要点
喇叭天线设计要点1.天线类型：喇叭天线主要有两种类型，即全向喇叭天线和定向喇叭天线。
全向喇叭天线可以在水平方向上360度无死角地发射和接收无线信号，适用于需要大范围信号覆盖的应用场景。
而定向喇叭天线只能在特定的方向上发射和接收信号，具有较高的增益和较远的传输距离，适用于需要远距离传输信号的应用场景。
2.频段范围：喇叭天线的频段范围决定了它可以处理的信号频率范围。
根据实际应用需求选择合适的频段范围，例如需要接收FM广播信号的喇叭天线的频段范围应为87.5-108MHz。
3.增益：喇叭天线的增益是指它相对于理想全向喇叭天线所具有的信号增强能力。
增益的大小与天线的方向性和设计参数有关，一般以dBi为单位表示。
较高的天线增益意味着它可以在更远的距离上接收和发送信号，但也可能增加信号的指向性和狭窄的覆盖范围。
4.方向性：喇叭天线的方向性是指它对信号源的敏感度和响应特性。
全向喇叭天线在所有方向上都具有相同的敏感度，而定向喇叭天线对特定方向上的信号更为敏感。
方向性的设计可以增加天线的传输距离和减少干扰，但可能会牺牲信号的覆盖范围和灵活性。
5.天线尺寸：天线尺寸是指喇叭天线的物理尺寸，包括长度、宽度和高度。
天线尺寸对天线的频率响应和增益特性有很大的影响。
较长的天线一般适用于较低频率的信号，而较短的天线适用于较高频率的信号。
6.材料选择：喇叭天线的材料选择对其性能和寿命有重要影响。
常见的天线材料包括金属、塑料和复合材料。
金属天线具有较好的导电性和耐久性，但也容易受到干扰和阻挡。
塑料天线相对较便宜且易于加工，但可能会影响天线的电气性能。
复合材料天线具有较好的耐候性和机械强度，但制造成本较高。
除了上述设计要点，还需考虑天线的安装方式、防水防尘性能、阻抗匹配等因素。
同时，需要根据具体的应用场景和需求来进行天线设计，进行性能测试和优化，确保天线能够满足设计要求。
喇叭天线的设计范文
喇叭天线的设计范文喇叭天线是一种用于无线通信系统的天线，主要用于传输声音信号。
其设计需考虑频率范围、辐射方向性、增益、天线尺寸、材料选择等因素。
下面将详细介绍喇叭天线的设计。
首先，在设计喇叭天线之前，需要明确所需频率范围。
不同频率范围的无线通信系统使用不同的天线来进行信号传输。
喇叭天线主要应用于低频或中频通信系统，例如来电铃声、广播等。
其次，考虑天线辐射方向性。
喇叭天线的主要目标是将声音信号以无线电波形式传输出去，需要具备较好的方向性，即在一定范围内辐射出强的信号，而在其他方向上辐射较弱的信号。
可以通过合理设计天线结构和喇叭形状来实现辐射方向性的控制。
第三，考虑喇叭天线的增益。
增益是指天线辐射能力的强弱程度，通常以分贝（dB）为单位。
增益决定了喇叭天线的信号传输距离和接收灵敏度。
喇叭天线的增益主要取决于天线结构和天线尺寸。
较大的天线尺寸和较复杂的天线结构通常能够提供较高的增益。
第四，考虑喇叭天线的天线尺寸。
天线尺寸决定了喇叭天线的方便程度和易用性。
尺寸过大或过小都会影响天线的性能。
因此，在设计喇叭天线时需要仔细考虑其尺寸，以保证既能够满足通信系统的需求，又方便使用和安装。
第五，选择合适的材料。
天线的材料选择对其性能和使用寿命有重要影响。
一般来说，天线材料应具备一定的导电性能和抗氧化能力，同时应能够耐受外界环境的各种因素，如高温、高湿度等。
常见的天线材料有铜、铁、铝等金属材料。
最后，进行具体的天线参数计算和仿真。
在设计喇叭天线时，需要利用天线设计软件进行参数计算和仿真。
例如，可以利用仿真软件进行天线的方向性和增益仿真，优化天线结构和尺寸。
综上所述，喇叭天线的设计主要考虑频率范围、辐射方向性、增益、天线尺寸和材料选择等因素。
在进行喇叭天线设计时，需要明确通信系统的需求，并进行合理的参数计算和仿真，以最大程度地满足通信需求。
喇叭天线的设计是一个综合考虑多个因素的复杂过程，需要进行充分的研究和实践。
实验二 喇叭天线的仿真设计
实验二、喇叭天线的仿真设计一、设计目标设计一个喇叭天线，其中心工作频率为2.5GHz左右，回波损耗S11的10dB带宽大于300MHz,并给出天线的仿真模型和仿真结果（S11、输入阻抗、E和H面增益方向图和三维增益方向图）。
二、设计步骤1、添加和定义设计变量：将天线的相应变量定义好，如图：2、设计建模（1）创建喇叭天线模型在z=0的平面上创建一个中心位于坐标原点，长度和宽度分别用变量a和b表示的矩形面，并将其命名为Horn,颜色设为浅蓝色，透明度设为0.4。
顶点位置坐标为（-a/2，-b/2，0）。
在z=plength的平面上创建一个中心位于z轴，长度和宽度用a1和b1表示的矩形面，并将其命名为Aperture，颜色设为深蓝色，顶点位置坐标为（-a1/2，-b1/2，plength）。
通过Connect命令生成喇叭模型：按住Ctrl键，先后依次单击矩形面Horn和Aperture，同时选中这两个矩形面。
然后从主菜单栏中选中【Modeler】→【Surface】→【Connect】命令，即可生成喇叭模型，该模型的名称为Horn，其透明度为0.4，材质为vacuum。
（新生成的模型的名称、材质、透明度等属性与第一个被选中物体的属性相同）（2）创建WR430波导模型：创建一个长方体模型用以表示波导。
选择主菜单【Draw】→【BOX】命令,或者单击工具栏的方形按钮，进入创建长方体的状态，然后移动鼠标光标在三维模型窗口中创建一个任意大小的长方体，新建的长方体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为BOX1。
，该模型与喇叭的底部相接，其长、宽、高（ZSize）分别用a、b和-wlength 表示，并命名为WR430，颜色设为深绿色，设置透明度为0.4。
顶点位置（-a/2，-b/2，0）。
（3）创建同轴馈线：同轴线馈电点放置于波导宽边中心线上，其与底侧短路板的距离为1/4个波长，同轴线的外导体与波导的外侧壁相接触。
标准增益喇叭天线
标准增益喇叭天线
喇叭天线是一种常见的无线通信天线，它具有较高的增益和较
好的方向性，适用于各种无线通信系统中。
本文将介绍标准增益喇
叭天线的基本原理、设计要点和应用场景。
喇叭天线的基本原理是利用抛物面反射器将来自馈源的电磁波
聚焦到主波束方向上，从而实现较高的增益和较好的方向性。
在设
计喇叭天线时，需要考虑馈源的位置、抛物面的曲率和口径、反射
器的大小和形状等因素，以达到所需的性能指标。
标准增益喇叭天线的设计要点包括，首先是确定工作频段，根
据通信系统的要求选择合适的工作频段；其次是确定增益和波束宽度，根据通信距离和覆盖范围确定所需的增益和波束宽度；最后是
确定馈源的类型和位置，根据工作频段和增益要求选择合适的馈源
类型，并确定其位置和辐射特性。
标准增益喇叭天线适用于各种无线通信系统中，包括微波通信、卫星通信、雷达系统等。
在微波通信系统中，标准增益喇叭天线可
以实现远距离的通信覆盖，提高通信质量和可靠性；在卫星通信系
统中，标准增益喇叭天线可以实现地面站与卫星之间的高效通信；
在雷达系统中，标准增益喇叭天线可以实现目标的精确定位和跟踪。
总之，标准增益喇叭天线具有较高的增益和较好的方向性，适
用于各种无线通信系统中。
在设计和应用时，需要充分考虑工作频段、增益和波束宽度、馈源类型和位置等因素，以达到所需的性能
指标。
希望本文能够对喇叭天线的设计和应用提供一定的参考和帮助。
喇叭天线的设计
LH = LE .由几何关系可得 RH D1 a = R L H H D2 = RE b RE LE
代入 LE = LH ,并消去 LH 得
(7.Байду номын сангаас-29)
(7.5-26)
λ ′ DH = DH D2 D′ = λ D E D1 E
(7.5-27)
′ ′ 求出 DH 和 DE (这里的方向性系数 DH 或 DE 是已给定的,且对于 E 面扇形喇叭, D1 = a ;
H 面扇形喇叭, D2 = b ) 后 查 图7.5-5A或7.5-5B即可确定 D2 和 RE 或 D1 和 RH ,此时 ,然
′ ′ DH 或 DE 应选在最佳尺寸线上.
另外,还可利用公式
4π D = λ2 D1 D2γ D12 RHopt = 3λ D2 REopt = 2 2λ
(7.5-28)
来计算.当喇叭尺寸在最佳尺寸线上时,对于扇形喇叭, γ = 0.64 ;角锥喇叭, γ = 0.51 .
3,喇叭与波导的尺寸配合
D=
设 γ = 0.51
4π D1D2γ λ2
D1 D2 =
因为 2θ 0.5 H = 2θ 0.5 E ,所以
Dλ2 = 46.7λ2 4πγ
1.18
λ λ = 0.89 D1 D2
D2 = 0.754 D1 D1 = 25.1cm , D2 = 19cm
③根据喇叭最佳尺寸确定喇叭长度与口面尺寸的关系 取 H 面,则
喇叭天线的设计
喇叭天线的设计主要包括喇叭几何尺寸的计算,方向图的计算和激励波导的计算等. 在设计喇叭天线时,一般所提的要求是一定的方向性系数或方向图的波瓣宽度. 其设计步骤如下:
喇叭天线设计方法
喇叭天线设计方法喇叭天线是指一种特殊形状的无线电天线，其截面呈喇叭形状，由于其独特的结构设计，使其具有增益高、频率响应宽、辐射范围广等优点，广泛应用于通信、雷达、导航等领域。
本文将介绍喇叭天线的设计方法，包括结构设计、参数计算及优化等方面。
首先，喇叭天线的结构设计是影响其性能的关键因素。
其基本结构包括发射口、传输线、扩口和折射球等部分。
发射口是通信信号从传输线传出的地方，通常由金属板制成，尺寸大小与工作波长有关。
传输线用于将信号从发射口传输到喇叭天线的扩口处，可以是传统的同轴电缆或者微带线等。
扩口是将电磁波逐渐展开，扩大辐射范围的关键部分，其形状和尺寸直接影响到喇叭天线的增益和方向性。
折射球是位于喇叭天线扩口前面的球状物体，其作用是平滑电磁波的传播路径，减少波的折射和反射。
接下来，进行喇叭天线的参数计算。
首先要确定喇叭天线的工作频率范围，然后根据工作频率计算喇叭口的最小尺寸。
通常，喇叭口的尺寸应该满足大于半波长的要求，以确保信号的有效辐射。
然后，根据最小口径，可以计算扩口的尺寸。
扩口的尺寸可以根据辐射范围的要求进行设计。
为了提高天线的增益和方向性，可以根据折射球的尺寸和材料来优化。
在喇叭天线设计中，还需要考虑电磁波在喇叭结构中的传播路径和衰减情况。
传输线的设计应考虑电磁波的传输损耗和干扰问题。
在扩口和折射球的设计中，要注意电磁波的反射和折射问题，尽量减少信号的损失和干扰。
除了结构设计和参数计算，还可以采用一些优化方法来改善喇叭天线的性能。
例如，可以通过改变喇叭天线的形状和尺寸来优化其增益和方向性。
可以利用计算机模拟和测试方法，对不同的设计方案进行模拟和比较，从而选择最优的设计方案。
此外，还可以通过改变喇叭口的曲率和折射球的材料来调整电磁波的传播路径，以提高天线的效能。
总之，喇叭天线的设计方法涉及结构设计、参数计算和优化等方面。
通过合理设计喇叭天线的结构和尺寸，以及优化电磁波的传播路径和衰减情况，可以提高喇叭天线的性能和效能。
标准增益喇叭天线
标准增益喇叭天线
首先，标准增益喇叭天线具有稳定的性能和良好的信号覆盖范围。
它通常采用
高品质的材料制造，具有良好的防水防尘性能，可以在恶劣的环境下稳定工作。
同时，标准增益喇叭天线的设计经过精密计算和优化，能够提供稳定的信号覆盖范围，保证通信质量。
其次，选择标准增益喇叭天线时需要考虑其频率范围和增益特性。
不同的无线
通信设备工作在不同的频率范围，因此需要选择适合的频率范围的天线。
同时，增益特性也是选择标准增益喇叭天线时需要考虑的重要因素。
一般来说，增益越高，天线的信号接收和发送能力就越强，但也会相应增加天线的体积和功耗。
另外，使用标准增益喇叭天线时需要注意安装位置和方向。
天线的安装位置和
方向直接影响到其接收和发送信号的效果。
一般来说，天线应该安装在离无线通信设备较远的地方，避免与其他金属物体接触，同时应该根据实际情况选择合适的方向，以获得最佳的信号覆盖效果。
最后，使用标准增益喇叭天线时需要注意其维护和保养。
定期检查天线的连接
线和接头是否松动，保持天线的清洁和干燥，及时清除附着在天线上的灰尘和污物，以保证其正常工作。
总的来说，选择和使用标准增益喇叭天线是非常重要的，它直接影响到无线通
信设备的性能和稳定性。
因此，在选择和使用标准增益喇叭天线时，需要充分考虑其特点、频率范围、增益特性、安装位置和方向，以及维护保养等因素，以确保无线通信设备能够获得良好的信号覆盖效果。
希望本文对您选择和使用标准增益喇叭天线有所帮助。
报告
矩形口径喇叭天线设计报告一、背景喇叭天线是面天线，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。
它的辐射场是由喇叭的口面尺寸与传播型所决定的。
其中，喇叭壁对辐射的影响可以利用几何绕射的原理来进行计算的。
如果喇叭的长度保持不变，口面尺寸与二次方相位差会随着喇叭张角的增大而增大，但增益则不会随着口面尺寸变化。
如果需要扩展喇叭的频带，则需要减小喇叭颈部与口面处的反射；反射会随着口面尺寸加大反而减小。
喇叭天线的结构比较简单，方向图也比较简单而容易控制，一般作为中等方向性天线。
频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。
喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。
合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。
因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。
喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
从原理上来说，波导开口端和喇叭天线是很简单的天线，但严格求解它们的口径场及外场却相当困难。
首先，波导开口端面上与喇叭口面上的场分布与无限长波导内的场分布不同，而且空间传播的TEM波也不同，是结构较为复杂的波。
其次，在口面上除了入射波，还有反射波。
再次，在口面上除了主波以外，还有高次波型。
此外由于波导和喇叭的开放性结构，波导开口和喇叭开口边缘处和外壁上都有电流存在，它们也参与辐射。
由于喇叭天线结构简单和方向图易于控制，通常用作中等方向性天线，如标准喇叭，最常见的是用作反射面的馈源。
当它用作独立天线时，一般都加上校正相位的反射面或透镜。
喇叭－抛物反射面天线具有频带宽、副瓣低和效率高等特性，常用于微波中继通信。
而透镜因其重量较重和结构复杂等原因，已很少用作喇叭的相位校正。
喇叭天线的设计1206030201
微波技巧与天线课程设计——之五兆芳芳创作角锥喇叭天线姓名：吴爽学号：1206030201目录一．角锥喇叭天线根本知识34. 最佳角锥喇叭远场 E面和 H面的主瓣宽度7二．角锥喇叭设计实例7一．角锥喇叭天线根本知识角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，如下图所示.矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ， H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H.1. 口径场角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在 x和 y两个标的目的随喇叭的长度标的目的均是突变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内的场的严格解析解是困难的.通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，并且假定角锥喇叭口径面上的相位散布沿x 和 y 两个标的目的均为平方律变更.按此假定，可写出角锥喇叭的口径场为：ηπβy X R y R x j H y E H e D x E E EH -==+-)2(022)cos(（1.1）如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作尺度增益喇叭.若是楔形喇叭，则R H ≠R E .由此口径面场散布计较的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假定的口径场阐发模型的正确性.2. 辐射场由角锥喇叭的口径场散布，模仿前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步调，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式.由于计较进程较繁，这里直接给出结果.])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E rj H E rj I I r e E j E I I re E j E θϕλθϕλβϕβθ+=+=-- （2.1） 其中：)]})()([)()({)]}()([)()({(213434)2/(1212)2/(2221u S u S j u C u C e u S u S j u C u C e R I H x H x R j R j H H+-+++-+=--βββββπ （2.3）)]}()([)()({211212)2/(2w S w S j w C w C e R I E Y R j E E +-+=-βββπ（2.4） H x Hx D D /cos sin /cos sin 21πϕθββπϕθββ-=+= (2.5)H H x H HH x H HH x H HH x H R R D u R R D u R R D u R R D u πβββπβββπβββπβββ/)2/(/)2/(/)2/(/)2/(21211111-=+=-=+= (2.6))sin sin 2()sin sin 2(21ϕθπβϕθπβE E E E E E R D R w R D R w -=+= （2.7）角锥喇叭的 E 面和 H 面场为： 02/||====ϕϕπϕθE E E E H E (2.8) 在角锥喇叭的 D E 、R E 、D H 、R H 与扇形喇叭的相同时，可以证明:■角锥喇叭在 E 面的标的目的图与 E 面扇形喇叭的 E 面标的目的图相同；■角锥喇叭在 H 面内的标的目的图与 H 面扇形喇叭在 H 面内的标的目的图相同.确定(取γ/β =1 ).绘出的幅度三维图及 E 面和 H 面标的目的图如下图所示：是指角锥喇叭的尺寸在 H 面和 E 面辨别取最佳，即 λλ2322E Eop H Hop D R D R ==43ϕπϕ= (3.1)这样，就可使角锥喇叭的增益为最大.4. 最佳角锥喇叭远场 E 面和 H 面的主瓣宽度Z 由于在相同的 R E 和 D E 条件下， 角锥喇叭的E 面标的目的图与 E 面扇形喇叭的E 面标的目的图相同，在相同的 RH 和 DH 条件下，角锥喇叭的 H 面标的目的图与 H 面扇形喇叭的标的目的图相同，则最佳角锥喇叭 E 面和 H 面标的目的图的主瓣宽度辨别由式(4.1)和(4.2)暗示，即：2θλ/D 1 rad=80λ/D 1(°) (4.1)2θλ/D 1 rad=54λ/D 1(°) (4.2)角锥喇叭作天线时，可按此要求设计.二．角锥喇叭设计实例1.任务频率学号：12060302011000+50+1500=2500MHZ波长λ波导的尺寸a,b应包管波导内只传输TE10波.因此选取λ=λ已给定波束宽度水平面：2θλ/D1 rad=80λ/D1(°)求得 D1=0.9408m （2θ=10）垂直面：2θλ/D1 rad=54λ/D1(°)求得 D2=0.42336m （2θ=15）确定尺寸D1，D2喇叭尺寸确定后，由喇叭最佳尺寸公式：R H=D12/3λR E=D22/2λ求出喇叭的长度：R HR E对于角锥喇叭天线，最后确定其尺寸时，还要考虑喇叭有波导在颈部的尺寸配合问题，如下图所示：代入得到关系式：验证：而将R E 修改成cm R H 51.2995116.0=9.182451.0212==D D G λπ=45.5 Db理论计较公式：角锥喇叭E 面标的目的图和H 面标的目的图辨别为对应的E 面扇形喇叭的E 面标的目的图和H 面扇形喇叭的H 面标的目的图.E 面标的目的图：其中：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=θπsin 2222'1R D R k tH 面标的目的图：其中：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1'11'121R k kD kR t x π dt t x C x ⎰=02)2cos()(π <余弦Fresnel 积分>dt t x S x ⎰=02)2sin()(π<正弦Fresnel 积分> Matlab 源程序：E 面标的目的图clcclear%a=input('请输入角锥输入端宽度（H 面）单位mm a=') a=8.5;a=a*10.^(-3);%b=input('请输入角锥输入端宽度（E 面）单位mm b=') b=4;b=b*10.^(-3);%D1=input('请输入角锥口径宽度（H 面）单位mm A=') D1=94;D1=D1*10.^(-3);%D2=input('请输入角锥口径宽度（E 面）单位mm B=')D2=42.3;D2=D2*10.^(-3);%h=input('请输入喇叭口长度单位mm H=')h=227;h=h*10.^(-3);%f=input('请输入任务频率单位0.1MHZ f=')f=25500;f=f*10.^6;lamd=3*10.^8/f;R2=h/(1-b/D2);theta=-60:0.2:60;k=2*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;t1_1=sqrt(k/(pi*R2)).*(-(D2/2)-R2.*sin(theta1));t2_1=sqrt(k/(pi*R2)).*((D2/2)-R2.*sin(theta1)); EE=exp(j.*(k.*R2.*(sin(theta1))./2)).*F(t1_1,t2_1); FE=-j.*(a*sqrt(pi*k*R2)/8).*(-(1+cos(theta1))*(2/pi)*(2/pi).*EE);FE1=abs(FE);FE1=FE1./max(FE1);FEdB=20*log10(FE1);figure(1)plot(theta,FEdB);grid ontitle('角锥喇叭E面标的目的图')xlabel('Angle(\theta)/\ circ')ylabel('Gain(\theta)')H面标的目的图R1=h/(1-a/D1);theta=-60:0.2:60;k=2*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;kx_1=k.*sin(theta1)+pi/D1;kx_11=k.*sin(theta1)-pi/D1;f1=kx_1.*kx_1*R1/(2*k);f2=kx_11.*kx_11*R1/(2*k);t1_1=sqrt(1/(pi*k*R1)).*(-(k*D1/2)-kx_1*R1);t2_1=sqrt(1/(pi*k*R1)).*((k*D1/2)-kx_1*R1);t1_11=sqrt(1/(pi*k*R1)).*(-(k*D1/2)-kx_11*R1);t2_11=sqrt(1/(pi*k*R1)).*((k*D1/2)-kx_11*R1);FF=exp(j.*f1).*F(t1_1,t2_1)+exp(j.*f2).*F(t1_11,t2_11); FH=j.*(b/8).*sqrt((k*R1/pi)).*((1+cos(theta1)).*FF); FH1=abs(FH);FH1=FH1./max(FH1);FHdB=20*log10(FH1);figure(1)plot(theta,FHdB);grid ontitle('角锥喇叭H面标的目的图') xlabel('Angle(\theta)/\ circ')ylabel('Gain(\theta)')所用子函数F：%%F(t1,t2)=[C(t2)-C(t1)]-j[S(t2)-S(t1)] function y=F(t1,t2)C2=mfun('FresnelC',t2);C1=mfun('FresnelC',t1);S2=mfun('FresnelS',t2);S1=mfun('FresnelS',t1);y=(C2-C1)-j.*(S2-S1);end。
双模圆锥喇叭天线的设计
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。
多模喇叭就是应此要求而设计的它利用丌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
隔页
1
相关 内容
2
设计 要求
3
模型 参数
4
HFSS 仿真
5
结果 展示
6
记录 总结
7
终页
8
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。
HFSS仿真流 程
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。
1
3
Re Fa Mi
5
2016
Do
So
2
创建辐射边界。
4
喇叭天线的设计1206030201之欧阳体创编
微波技术与天线课程设计——角锥喇叭天线姓名：吴爽学号：1206030201目录一．角锥喇叭天线基础知识31.口径场32.辐射场43.最佳角锥喇叭74. 最佳角锥喇叭远场 E面和 H面的主瓣宽度7二．角锥喇叭设计实例71.工作频率82.选用作为激励喇叭的波导83.确定喇叭的最佳尺寸84.喇叭与波导的尺寸配合95.天线的增益106.方向图10一．角锥喇叭天线基础知识角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的， 如下图所示。
矩形波导尺寸为a ×b ，喇叭口径尺寸为D H ×D E ，其E 面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ， H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E ,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H 。
1. 口径场角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在 x 和 y 两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的， 因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内的场的严格解析解是困难的。
通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x 和 y 两个方向均为平方律变化。
按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为：ηπβy X R y R x j Hy E H e D x E E EH -==+-)2(022)cos( （1.1）如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。
若是楔形喇叭，则R H ≠R E。
由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。
2. 辐射场由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。
由于计算过程较繁，这里直接给出结果。
])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E rj H E rj I I r e E j E I I re E j E θϕλθϕλβϕβθ+=+=-- （2.1）其中：)]})()([)()({)]}()([)()({(213434)2/(1212)2/(2221u S u S j u C u C e u S u S j u C u C e R I H x H x R j R j H H+-+++-+=--βββββπ （2.3）)]}()([)()({211212)2/(2w S w S j w C w C e R I E Y R j E E +-+=-βββπ（2.4） H x Hx D D /cos sin /cos sin 21πϕθββπϕθββ-=+=(2.5)H H x H HH x H HH x H HH x H R R D u R R D u R R D u R R D u πβββπβββπβββπβββ/)2/(/)2/(/)2/(/)2/(21211111-=+=-=+= (2.6))sin sin 2()sin sin 2(21ϕθπβϕθπβE E E E E E R D R w R D R w -=+= （2.7）角锥喇叭的 E 面和 H 面场为： 02/||====ϕϕπϕθEE E E H E (2.8)在角锥喇叭的 D E 、R E 、D H 、R H 与扇形喇叭的相同时，可以证明:■角锥喇叭在 E 面的方向图与 E 面扇形喇叭的 E 面方向图相同；■角锥喇叭在 H 面内的方向图与 H 面扇形喇叭在 H 面内的方向图相同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 课题背景喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单，频带宽，功率容量大，调整与使用方便。
合理地选择喇叭天线尺寸，可以获得很好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣和较高的增益。
因此，喇叭天线应用非常广泛，它是一种常见的天线增益测试用标准天线。
喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成：一是波导管部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。
波导部分相当于线天线中的馈线，是供给喇叭天线信号和能量的部分。
对工作于厘米波或毫米波段内的面天线，如采用线状馈线，将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上，所以，必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。
普通喇叭天线结构原理图如所示。
图普通喇叭天线结构原理图HFSS全称为High Frequency Structure Simulator，是美国Ansoft公司（注：Ansoft公司于2008年被Ansys公司收购）开发的全波三维电磁仿真软件，也是世界上第一个商业化的三维结构电磁仿真软件。
该软件采用有限元法，计算结果精准可靠，是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。
HFSS采用标准的Windows图形用户界面，简洁直观；拥有精确自适应的场解器和空前电性能分析能力的功能强大后处理器；能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确。
使用HFSS，用户只需要创建或导入设计模型，指定模型材料属性，正确分配模型的边界条件和激励，准确定义求解设置，软件便可以计算并输出用户需要的设计结果。
HFSS软件拥有强大的天线设计功能，可以提供全面的天线设计解决方案，是当今天线设计最为流行的软件。
使用HFSS可以仿真分析和优化设计各类天线，能够精确计算天线的各种性能，包括二维、三维远场和近场辐射方向图、天线的方向性系数、S参数、增益、轴比、输入阻抗、电压驻波比、半功率波瓣宽度以及电流分布特性等。
2 设计过程HFSS电磁场仿真软件是Ansoft公司开发的应用切向矢量有限元法来求解任意三维射频器件的电磁场分布的软件，仿真后可直接得到特征阻抗、传播系数、S 参数、辐射场、天线方向图、驻波比、增益等结果。
H F SS 能进行全面的全参数化设计，从几何结构、材料特性到分析、控制及所有后期处理，具有强大的参数化三维建模能力和高性能的图形能力,大大节省了工程师的设计时间。
HFSS天线设计流程使用HFSS软件进行天线设计的流程如下：（1）设置求解类型。
使用HFSS进行天线设计时，可以选择模式驱动(Driven Modal)求解类型或者终端驱动(Driven Terminal)求解类型。
（2）创建天线的结构模型。
根据所要设计的天线的初始尺寸参数和结构，在HFSS模型窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型。
另外，HFSS也可以直接导入由AutoCAD等第三方软件创建的结构模型。
（3）设置边界条件。
在HFSS中，与背景相接触的表面都被默认设置为理想导体边界。
为了模拟无限大的自由空间，在使用HFSS进行天线设计时，必须把与背景相接触的表面设置为辐射边界条件或者理想匹配层(PML)边界条件，只有这样HFSS才能计算天线的远区辐射场。
（4）设置激励方式。
天线必须通过传输线或者波导传输信号，天线与传输线或者波导的连接处即为馈电面或者称为激励端口。
天线设计中馈电面的激励方式主要有两种，分别是波端口激励(Wave Port)和集总端口激励(Lumped Port)。
通常，与背景相接触的馈电面的激励方式使用波端口激励，而在模型内部的馈电面的激励方式使用集总端口激励。
（5）设置求解参数，包括设定求解频率和扫频参数。
其中，求解频率通常设定为天线的中心工作频率。
（6）运行求解分析。
上述操作完成后，即创建好天线模型，正确设置了边界条件、激励方式和求解参数，即可执行求解分析操作命令来运行仿真计算。
整个仿真计算由HFSS 软件自动完成，不需要用户人为干预。
分析完成后，如果结果不收敛，则需要重新设置求解参数；如果结果收敛，则说明计算结果达到了设定的精度要求。
（7）查看求解结果。
求解分析完成后，在数据后处理部分查看HFSS 分析出的天线的各项性能参数，如回波损耗S 11、电压驻波比VSWR 、输入阻抗、天线方向图、轴比和电流分布等。
如果仿真计算的天线性能满足设计要求，那么就完成了天线的仿真设计工作，接下来可以着手天线的制作和调试工作。
如果仿真计算的天线性能未能达到设计要求，那么还需要使用HFSS 的参数扫描分析功能或者优化设计功能，进行参数扫描分析和优化设计。
（8）Optimetrics 优化设计。
如果前面的分析结果未达到设计要求，那么还需要使用Optimetrics 模块的参数扫描分析功能和优化设计功能来优化天线的结构尺寸，以找到满足要求的天线设计。
设计要求和初始设计设计一个最佳增益矩形喇叭，其在22GHz 时的增益需要大于15dB ，喇叭天线用WR42矩形波导来馈电，其尺寸为a = ,b = ,激励信号由特性阻抗为50欧姆的同轴线导入。
先将增益比有分贝值换成无量纲值，15dB 的增益转换成无量纲值约为。
22GHz 工作频率对应的波长为，然后将增益和波长值代入到公式、公式和公式中。
公式、公式和公式如下。
2244311122ap ap 3bG 3G a aa a 832λλ-+=πεπε （公式）1e h 1a a R R a 3-==λ（公式）11b (b 2= （公式） 其中ap 0.5ε=。
可以计算出e R =。
在本设计中，波导长度取5/4个波长。
同轴线馈电点位于波导宽边中心，馈电点和短路板之间的距离为1/4个波长，同轴线的外导体与波导的侧壁相连接，内导体从波导宽边中心处插入到波导内部场强最大处，形成电场激励方式。
为了方便调节喇叭天线模型的物理尺寸，在设计中我们需要定义一系列变量来表示天线的尺寸。
变量定义以及设计的喇叭天线的初始尺寸如表所示。
内导体长度 +b/2表 变量定义以及设计的喇叭天线的初始尺寸HFSS 天线设计(1) 新建设计工程(2) 添加和定义设计变量从主菜单栏中选择【HFSS 】→【Design Properties 】命令，打开设计属性对话框。
添加各个变量，最后单击设计属性对话框中的确定按钮，完成所有变量的定义和添加工作。
定义完所有设计变量后的设计属性对话框如图所示。
图 定义完所有设计变量后的设计属性对话框（3）设计模型第一步：创建喇叭模型，分别在Z=0和Z=Plength 的平面上创建大小为a*b ，和1a *1b 的平面，平面的中心都位于Z 轴上。
然后选中这两个平面，执行【Modeler 】→【Surface 】→【Connect 】命令，生成喇叭模型。
生成的喇叭模型如图所示。
图生成的喇叭模型第二步：创建WR42波导模型，创建一个长方体模型用以表示WR42波导，该模型与喇叭的底部相接，其长、宽、高分别用前面定义的变量a，b和wlength表示，并将其命名为WR42。
创建的矩形喇叭波导雏形如图所示。
图创建的矩形喇叭波导雏形第三步：创建同轴馈线，同轴线馈电点放置于波导宽边中心线上，其与底侧短路板的距离为1/4个波长，同轴线的外导体与波导的外侧壁相接触。
同轴线的外导体圆半径为英寸，外导体长度为英寸；同轴线内导体半径为英寸，内导体在波导内长度为波导窄边长度的一半，即b/2。
本设计创建两个圆柱体模型，用来表示同轴线的外导体和内导体。
最终成生的喇叭天线和同轴馈电线如图所示。
图最终成生的喇叭天线和同轴馈电线第四步：把喇叭天线的外表面设置为理想导体边界条件，因为喇叭天线的各个壁都是金属材质，所以本设计需要把喇叭天线模型外侧表面都设置成理想导体边界条件（Perfect E）。
其中喇叭的口径面、同轴线端口面和同轴线内表面都不需要设置为理想导体边界条件。
第五步：设置端口激励，把同轴线的端口面设置为负载阻抗为50欧姆的集总端口激励。
第六步：设置辐射边界条件，使用HFSS分析天线问题时，需要设置辐射边界条件，且辐射边界表面距离辐射体需要不小于1/4个工作波长。
本设计创建一个长方体模型，该模型的所有表面都设置为辐射边界条件。
（4）求解设置天线的中心工作频率为22GHz，所以求解频率设置在22GHz频点。
WR42矩形波导的工作频段为，那么本设计的扫频范围设置为，扫频类型设置为快速扫频。
设计结果在仿真完成后，利用HFSS的数据后处理功能分别查看喇叭天线的以下分析结果：在工作频率为22GHz时，E面和H面上的增益方向图以及三维增益方向图，回波损耗S11的扫频分析结果。
（1）查看E面和H面上的增益方向图天线增益即用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
E面和H面上的增益方向图如图所示。
从分析结果中可以看出，天线的最大增益约为dB，与本设计要求较为吻合。
图2 .6 E面和H面上的增益方向图（2）查看极坐标下E面和H面上的增益方向图方向图是表征天线辐射特性(场强、振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。
从方向图可以得到波瓣宽度，指天线的辐射图中低于峰值3 dB 处所成夹角的宽度。
天线的方向性主要由主瓣宽度确定。
主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量越集中，即接受能力愈强，定向作用和方向性也越强。
而方向图中副瓣电平越低，表明天线在不需要方向上辐射的能量越弱，即在这些方向对杂散波的抑制能力更强，抗干扰性能更优越。
极坐标下E面和H面上的增益方向图如图所示。
图极坐标下E面和H面上的增益方向图（3）查看三维增益方向图三维增益方向图如图所示。
图三维增益方向图（4）查看回波损耗S11扫频结果仿真结束后查看天线信号端口回波损耗(即S11)的扫频分析结果如图所示。
图回波损耗S11扫频结果2.5优化设计对a1、b1和plength参数进行参数扫描，得到的最符合本设计要求的参数为a1=，b1=，plength=。
此时回波损耗(即S11)的扫频分析结果如图所示。
此时的分析结果更接近本设计的要求。
图回波损耗S11扫频结果不同的参数对应的极坐标下E面和H面上的增益方向图如图所示。
图极坐标下E面和H面上的增益方向图最符合本设计要求的极坐标下E面和H面上的增益方向图如图所示。
图极坐标下E面和H面上的增益方向图3 心得体会由于本科阶段，没有学习过HFSS软件，所以在做这个课程设计的时候我首先到图书馆借了几本相关HFSS设计天线的参考书。
首先照着上面的例题设计喇叭天线，刚开始设计的时候问题不断地出现，最后经过不断地摸索终于完成了符合技术指标的喇叭天线。
在设计过程中，出现了一个大问题，就是设置辐射边界条件。