波导缝隙天线的设计和仿真

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X波段波导缝隙全向天线的仿真设计

X波段波导缝隙全向天线的仿真设计

- 140 - Ansoft2004年用户通讯X波段波导缝隙全向天线的仿真设计成玲玲 倪文俊 蒋凡杰(中国电子科技集团公司第51研究所上海201802)摘 要:波导缝隙天线的严格解计算复杂,对于缝隙的诸多参数很难确定。

本文用Ansoft HFSS 9.2电磁仿真软件对所设计的波导缝隙全向天线进行建模、计算分析,并进行参数扫描,得到了优化的尺寸参数。

根据该尺寸进行样品加工和测试,测试结果和仿真值相当吻合。

关键词:波导缝隙全向天线、 Ansoft HFSS、电磁仿真一 引言X波段水平极化全向天线常用作雷达信标天线,应用场合相当广泛。

其实现方法主要有圆波导开槽、同轴线型裂缝槽、向并联裂缝(即双面缝隙)t, 缝隙间距p, 以及最后一对缝隙离波导顶端短路面的距离D。

波导缝隙全向天线属于由驻波激励的谐振缝隙阵。

对于这类天线的设计计算方法,诸多文献均有论述[1][2]。

但参考文献中对缝隙导纳的计算公式均是基于常规单面波导缝进行的,当用于扁波导双面缝隙时,存在一定偏差。

以往设计时,通常要经过大量的调试测试工作,才能最终确定天线尺寸参数,设计周期长、研制成本高、调试工作量大。

所以必须要寻求新的设计方法。

Ansoft HFSS是基于有限元方法的高频电磁场仿真分析软件,能对任意三维结构的电磁场进行分析计算,并能得出特性阻抗、S参数、辐射场、天线方向图等结果。

HFSS 9还具有参数化建模、参数扫描分析、优化等功能,适合于天线等电磁问题的求解。

本文利用HFSS 9.2进行波导缝隙全向天线的仿真设计,并根据设计结果进行了样品加工和电性能测试。

二 仿真设计方法本文所设计的波导缝隙全向天线工作于X波段,用作雷达信标天线,其主要技术指标为:z工作频率:9200~9500MHzz天线增益:≧6dBiz极化形式:水平极化z电压驻波比:≦1.8:1z水平面方向图:全向,不圆度≦±1dBz垂直面波瓣宽度:≧20°根据指标要求,选择3对缝隙,先根据常规设计计算方法算出天线的初始尺寸,用Ansoft HFSS 9.2软件进行仿真设计,得出优化的尺寸参数,并根据该参数加工样品和实际测试。

波导缝隙天线hfss课程设计

波导缝隙天线hfss课程设计

波导缝隙天线hfss课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解波导缝隙天线的基本概念,掌握其工作原理及数学模型。

2. 学生能运用HFSS软件进行波导缝隙天线的仿真设计,并解释仿真结果。

3. 学生能掌握波导缝隙天线的性能参数,如辐射图、驻波比等。

技能目标:1. 学生能操作HFSS软件,完成波导缝隙天线的建模、仿真和结果分析。

2. 学生能运用课堂所学知识解决实际工程中与波导缝隙天线相关的问题。

3. 学生能通过小组合作,进行有效沟通和协作,共同完成课程设计任务。

情感态度价值观目标:1. 学生培养对天线与电磁场学科的兴趣,增强探索精神和创新意识。

2. 学生在学习过程中,树立正确的工程观念,关注工程实践中的实际问题。

3. 学生通过课程学习,认识到团队协作的重要性,培养团队精神和责任感。

本课程针对高年级学生,结合学科特点,注重理论与实践相结合。

通过课程设计,使学生在掌握波导缝隙天线基本知识的基础上,提高实际操作能力和解决实际问题的能力。

同时,培养学生合作、创新、实践等方面的综合素质,为未来从事相关领域工作打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分:1. 波导缝隙天线基本理论:波导缝隙天线原理、数学模型、缝隙激励方式。

2. HFSS软件操作:软件界面及基本操作流程,建模、仿真及结果分析技巧。

3. 波导缝隙天线设计:参数设置、优化方法,辐射图、驻波比等性能参数分析。

4. 实践操作:小组合作完成波导缝隙天线的设计与仿真,分析实验结果。

教学内容与教材关联如下:1. 教材第3章“波导与天线”部分,了解波导缝隙天线的基本原理和数学模型。

2. 教材第6章“电磁场仿真软件及应用”部分,学习HFSS软件的基本操作和应用。

3. 教材第7章“天线设计与应用”部分,学习波导缝隙天线的设计方法及性能分析。

教学进度安排:1. 第1周:波导缝隙天线基本理论,教材第3章内容。

2. 第2周:HFSS软件操作,教材第6章内容。

波导缝隙天线原理与仿真

波导缝隙天线原理与仿真

DCWTechnology Study技术研究0 引言随着电子设备技术的发展,万物互联的概念逐步实现,将所有家用的、工业的、民用的、军用的电子电气设备通过互联网实现统一的控制,而万物互联实现基础是电磁场,电磁场的实现基础是天线。

我们熟知的大哥大使用的是单极天线,现在流行的5G 手机使用的是边框天线,老式电视机上使用的是八木天线等,而缝隙天线多用于雷达、通信、导航、电子对抗等普通人很少接触的设备上,因此我们很少在日常生活中见到缝隙天线。

1 缝隙天线的类型缝隙天线是一种在导体板上开凿特定尺寸的缝隙形成的天线,导体板可以是展开的也可以是闭合的,闭合的方式主要有矩形波导、圆形波导、谐振腔等,对于平面导体板可以采用同轴线的馈电方式,对于闭合的导体板即可以采用同轴线馈电方式,也可以采用波导激励馈电方式,闭合的导体板的开槽方式多种多样,有横向、纵向、斜向等。

缝隙天线如图1所示。

波导缝隙天线作为缝隙天线的一种,具有结构简单耐用、易于安装、馈电方便等特点,其天线参数性能也很出色,能够实现高增益、控制主瓣倾角、超低副瓣,副瓣电平甚至可达到-30 dB 以下。

因此,波导缝隙天线非常适合具有流线型外形的高速飞行器,融合度比较高,如机载雷达、导航设备、通信设备等。

波导缝隙天线原理与仿真刘 建1,原 觉1,刘 巍1,李 强2(1.国家无线电监测中心检测中心,北京 100041;2.工业和信息化部机关服务局,北京 100804)摘要:文章讨论了缝隙天线的特点、结构、激励方式、原理等,通过讨论缝隙周围电场和电流分布,分析缝隙天线的辐射原理。

使用HFSS仿真软件建立缝隙天线的模型,计算电场及电流分布情况,得到缝隙天线的基本参数,验证缝隙天线原理的分析结论。

关键词:缝隙天线;电偶极子;波导管;电磁仿真doi:10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.08.020中图分类号:TN 82,TN 98 文献标志码:A 文章编码:1672-7274(2023)08-0061-04Principle and Simulation of Waveguide Slot AntennaLIU Jian 1, YUAN Jue 1, LIU Wei 1, LI Qiang 2(1.The State Radio_monitoring_center Testing Center, Beijing 100041, China; 2.Department ServiceBureau of the Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)Abstract: This paper discusses the characteristics, structure, excitation method, principle, etc. of slot antenna, and analyzes the radiation principle of slot antenna by discussing the distribution of electric field and current around the slot. The HFSS simulation software is used to build the slot antenna model, calculate the electric field and current distribution, obtain the basic parameters of the slot antenna, and verify the analysis conclusion of the slot antenna principle.Key words: slot antenna; electric dipole; waveguide; electromagnetic simulation作者简介:刘 建(1985-),男,汉族,山东人,中级工程师,硕士,研究方向为通信与网络。

X波段波导窄边裂缝天线设计

X波段波导窄边裂缝天线设计

0 引言
用BJ100标准波导。
波导窄边裂缝天线由许多开在矩形波导壁上的
(2)确定缝隙间距。设缝隙间距为d,天线最
近似半波缝隙组成,主要优点是口径分布易控制,
大辐射方向与天线法向的夹角为θ。根据指标要去
易于实现低旁瓣电平,效率高,结构紧凑,加工与
工作频率,选定矩形波导型号,计算出自由空间工
安装便捷。已经在多个领域获得了广泛的应用。 1 工作原理
2Φ0.5=L×λ/(n×d)
(2)
式中,Φ0.5:波束宽度;L:对于泰勒分布取
67,均匀分布取51;λ:自由空间波长;n:缝隙个
基金项目:西安工程大学横向项目(2019KJ—173)。 作者简介:武永刚,航天恒星空间技术应用有限公司,工程师,硕士,研究方向:通信技术。 收稿日期:2021-03-26,修回日期:2021-04-12。
中图分类号:TN820.15 文章编号:1674-2583(2021)05-0018-02 DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2021.05.007 中文引用格式:武永刚,薛蒲昌,谢亮亮,王俊博.X波段波导窄边裂缝天线设计[J].集成电路应用,2021, 38(05): 18-19.
作波长λ0和导内波长λg。选定θ的值后,由缝隙 间距d和θ角的关系如式(1)。
在主模传输的矩形波导内,当波导裂缝切断波 导壁上的电流线时就会有能量耦合出来[1,2]。裂缝与 波导耦合的强弱是裂缝在电流线垂直方向投影的长 度、裂缝中心处的电流密度、裂缝的尺寸、波导横 向尺寸,波导壁厚及工作频率的函数[3]。
Design of X-band Waveguide Narrow Edge Slot Antenna
WU Yonggang, XUE Puchang, XIE Liangliang, WANG Junbo ( Aerospace Star Space Technology Application Co., Ltd., Shaanxi 710077, China. )

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程1. 引言波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制,具有辐射效率高,方向性强,结构紧凑等特点,而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣,因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。

高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用,有着高仿真精度、高稳定性的特点。

使用HFSS 的3D建模功能,可以很容易解决简单的模型创建问题,但是对于复杂天线结构模型的建立,没有特别有效的方法,使得建模过程十分繁琐耗时,而且容易出错。

利用HFSS 提供的VBScript脚本功能,可以对软件进行二次开发,以VBScript作为接口,利用Matlab调用HFSS协同建模仿真,可以简化模型建立的操作,节约设计时间。

本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法,设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。

并以此波导缝隙天线为例,应用Matlab协同HFSS建立模型仿真,对仿真结果进行了分析。

2.基本理论波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线,波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。

通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。

根据波导终端的形式不同,波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。

行波阵的波导终端接吸收负载,单元间距稍大或稍小于g /2 ,驻波阵在距离终端g /4 处接短路滑块,单元间距均为g /2 ,本文设计的就是一个波导驻波阵天线。

2.1 波导缝隙天线理论分析波导上的辐射缝隙向外界辐射能量,引起波导负载的变化,应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便,将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳,再建立对应的等效电路模型,进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。

Stevenson 等效电路法,就是根据传输线理论和波导模的格林函数导出矩形波导缝隙的计算公式。

图1所示为波导宽边纵向偏置缝隙及其等效电路。

归一化等效谐振电导为:。

波导缝隙全向天线的设计与分析

波导缝隙全向天线的设计与分析
a aysst er a o c fe theE-lnea dH-lner d a inpat r . i a e ie t o n lssS o td n l i e s nwhihe fc p a n p a a i to te n Th sp p r v same h d t a ay i l t h t g o e
波 导缝 隙全 向天线 的设计 与分析
杨 倩, 李迎松 , 晓冬 , 杨 李晓川 , 刘乘 源
( 尔滨 工 程 大 学 信 息 与通 信 工程 学院 , 龙 江 哈 尔滨 10 0 ) 哈 黑 50 1

要: 设计了一种波导宽边细缝缝 隙天线 , 并利用 A sf公司的电磁仿真软件 H S hg eu nys utr s ua r no t F S( i f q ec rcue i lt ) hr t m o
De i n a d a a y i fwi e wa lso t d- v g i e a r y sg n n l sso d l l te wa e u d r a
Y N i , I igsn , A G X a -o g L ioc u n L U C e gy a A G Q a L n - g Y N iod n , I a - a ,I h n - n n Y o X h u
t e r So t d- v g d r y An e a a d ta z i a t p - de .Th n, S o td - v g d r y An e a i h o y, lte wa e ui e Ara tnn n r pe o d lse i x n e l te wa e ui e Ara tnn s
ee to g e i i lt ot r i hi v n e l cr ma n tcsmu aes f wa ewh c si e t dbyAns f I a iet er t r o sa d d r c iiyo i lte n ot t ngv h e u nl s n ie tv t f h sS otd— . c t wa e ui e Ara tnn .Fis ,t e S ot d- v g i e Ara tnn l b e in d a c r n o wa e uie v g d r y An e a rt h lte wa e u d r y Ane a wi e d sg e c o di g t v g d l

波导天线的设计及仿真分析

波导天线的设计及仿真分析

波导天线的设计及仿真分析一、引言波导天线是一种新型天线,由于其无需拉长导线,能够适应较小的体积空间,被广泛应用于通信、雷达和卫星等大量专业领域中。

本文将着重介绍波导天线的设计原理、仿真分析以及应用案例。

二、波导天线的设计原理波导天线主要由导波器、馈电部分和辐射器三个部分组成,其中导波器是波导天线的核心。

导波器是一种特殊的波导,在导波器中电磁波的传播方向与传统的波导不同。

传统的波导为长方形,电磁波在波导内传播的方向为短边方向;而在导波器中,电磁波在导波器内传播的方向为长边方向。

导波器的结构与传统的波导有很大的不同,导波器内部拥有许多细小的谐振腔,能够使电磁波在导波器中呈现出多次反射的状态。

在波导天线的馈电部分,我们需要将电信号从馈线输入到导波器内,同时又需要保证电信号传输的过程中尽可能的减少能量损耗。

一般来说,我们需要利用馈线来实现信号的输入和输出。

为了减少反射信号和能损失,在馈电部分通常需要设计宽带匹配网络。

在辐射器部分,一般采用一种金属片中空穴的方式来实现。

辐射器的好坏直接影响天线的辐射功率和方向性。

因此,在进行波导天线设计时,我们需要根据应用环境的不同来选择不同形状的辐射器。

三、波导天线的仿真分析波导天线的仿真分析是波导天线设计的一个必不可少的步骤。

一般来说,我们可以借助电磁场仿真软件进行波导天线的仿真。

在进行仿真时,首先需要确定模型中天线的材料、结构参数等内容,然后将其输入至仿真软件中,进行电磁场仿真。

通过仿真可得出电磁场强度、辐射功率、频段宽度、方向图图案及相应的带宽等信息。

根据仿真结果,我们可以调整天线设计的参数以优化天线性能。

四、波导天线的应用案例波导天线具有广泛的应用领域,其中最为常见的应用是在通信和雷达系统当中。

下面将为大家介绍几个波导天线的应用案例。

1、通信系统中的波导天线现代通信系统是无线通信的代表。

随着手机、平板电脑、电视小盒子等电子设备的发展,人们对通信接收效果的要求也越来越高,波导天线耐高温、易修复、广频、方向性好等优点也让其在通信系统中得到了广泛应用。

波导缝隙天线的设计和仿真

波导缝隙天线的设计和仿真

波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。

它广泛用于各种领域:1、地面、舰载、机载雷达2、导航雷达3、气象雷达4、雷达信标天线LL………………………………特别最近十几年,随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展,要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能,使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。

同时随着各种计算机辅助技术的发展,如数控机床的使用,天线的整体焊接技术等,为波导缝隙天线的使用创造了基础。

波导缝隙构成的阵列主要有两种形式,即波导宽边开缝和波导窄边开缝,我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。

波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能,而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点,从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。

下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。

主要讨论的内容:1.波导缝隙天线的设计基础理论2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真(一)波导缝隙阵天线设计的基础理论本章中您主要的目标是:1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。

2.了解波导缝隙的基本等效电路。

3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。

4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。

把一根波导放在自由空间,在波导输入端输入信号,波导终端接匹配负载。

如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙,此缝隙切断波导壁上的传导电流,在缝隙上将产生电场,且对波导内壁电流产生扰动,并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。

随着缝隙切割在波导壁的位置不同,形成不同的缝隙形式。

若缝隙的几何尺寸、其在波导上的位置以及在波导中传送能量确定,则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。

一般在工程应用中,只要提到波导缝隙的设计,就会想到缝隙的等效电路。

用HFSS仿真波导缝隙天线

用HFSS仿真波导缝隙天线

项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
图7-3
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
实验证明,沿波导缝隙的电场分布与理想缝隙的几乎一 样,近似为正弦分布,但由于波导缝隙是开在有限大的波导 壁上的,辐射受没有开缝的其他三面波导壁的影响,因此是 单向辐射。
单缝隙天线的方向性是比较弱的,为了提高天线的方向 性,可在波导的一个壁上开多个缝隙组成天线阵。这种天线 阵的馈电比较方便,其天线和馈线集于一体。适当改变缝隙 的位置和取向就可以改变缝隙的激励强度,以获得所需要的 方向性。其缺点是频带比较窄。
(2)二者的主平面互换了位置,包含缝隙轴线的平面 是H面,而垂直于缝隙轴线的平面是E面。因此,垂直缝隙 (缝隙轴线在垂直方向)是水平极化的,水平缝隙是垂直极 化的。
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
7.1.2 波导缝隙天线 在波导壁的适当位置和方向上开的缝隙也可以有效地辐
根据对偶原理,理想缝隙天线的方向性函数与同长度的对称 振子的方向性函数在E面和H面是相互交换的,如图7-2所 示。
图7-2
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
由于利用了对偶关系,此式假设了缝上电压(或切向电
场)沿缝隙轴线也是按正弦分布的。对比理想缝隙与对称振
子的场可以看出:
(1)二者的方向相同,方向性函数都是
的电场变为磁场,原来的磁场变为电场,当然还有些符号的
变动。具体可参阅参考书目。
根据前面的介绍,长度为2l的对称振子的辐射场为
E
j60Im
cos(l cos ) cos(l) e jr r sin
其方向性函数为
(7-3)
F( ) cos(l cos ) cos(l) s in

单层波导缝隙阵天线的设计与仿真

单层波导缝隙阵天线的设计与仿真
p a e c n tn o r n h T o rd vd n ewo k c n i l me tfe i g i r i a y p we .Al o he e h s o sa tp we ,a d t e H— p we ii i g n t r a mp e n e d n n a b t r o r r l ft s c n b s d a h o r d vd n n to h i ge ly r so td wa e ui e a a ne n a e u e st e p we ii i g u i ft e sn l—a e l t v g d r y a tn a.Th i l td r s l e e smu ae e u t s v l t h o rc n s ft i e in a r a h a i e t e c re t e s o h sd sg pp o c . da
0 jnt n - n t n ad H— o e i dn e ok aea a zd h jnt n Tjnt na d H- fH- c o ,Tj ci n T p w rdv ign t r r nl e .T e H- c o , - c o n T u i u o i w y u i u i
第3 9卷 第 2期 ( 总第 12期 ) 5
21 00年 6月
火控雷达技术
Fie Co r lRa a c n l g r nto d rTe h o o y
V 13 o 2 S r s1 2 o.9 N . ( e e 5 ) i
Jn 0 0 u .2 1
Ya g Li a,La g Hu q n n n n a ig
( hn i on si cdm , uy n 7 0 9 C iaA r reMi l A a e y L oa g4 0 ) b se 1

实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。

这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列,每个缝隙相距0.5λg ,距离波导宽边中心有一定偏移。

Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中,x 为待求的偏移,a 为波导内壁宽边长度,λg 为波导波长。

在具体的设计中,可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。

首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量,主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ,缝隙的长度L ,缝隙的宽度W 等。

一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ,应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。

如图1所示,在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数,根据波导缝隙的基本设计理论,在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。

因此,当缝隙谐振时有Im(Y)=0。

单缝谐振长度优化示意图如下:设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵,采用Chebyshev 电流分布,前10个缝的电平分布如下:n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化:∑==101212n naK短路波端口g λ41g λ21L可以得到K=0.100598。

由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下:g_1=0.010955,g_2=0.00846 g_3=0.0153,g_4=0.0265 g_5=0.03867,g_6=0.0536 g_7=0.0693,g_8=0.0833 g_9=0.09465,g_10=0.100598选用WR-9型波导,其波导尺寸为:宽边a=22.86mm ,窄边b=10.16mm 。

简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文-通信技术论文

简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文-通信技术论文

简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文通信技术论文摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种x波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔t和差器,在此基础上完成了天线设计。

仿真结果表明,当中心频率为12 ghz时,和波束增益为28.9 db,第一副瓣电平为-22.2 db,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。

关键词:波导缝隙天线; 低副瓣; 辐射缝隙; 和差器design and simulation of waveguide aperture antenna working in x-bandli gao-sheng, lu zhong-hao, liu feng, he jian-guo(college of electronic science and engineering, national university of defense technology, changsha 410073, china)abstract: the procedures for designing a waveguide aperture antenna are presented. a waveguide aperture antenna working in x-band is designed. the aperture of antenna, number of waveguide, and parameters of aperture including number, width and location are calculated. a wide-arm coupling resonant aperture magic t comparator with half-height waveguide is designed, based on which the design of the antenna is finished. simulation results indicate that gain of the sum beam is 28.9 db and the first side lobe is -22.2 db at 12 ghz. the antenna can attain good parameters such as sum and subtract pattern, voltage stand wave ratio and gain.keywords: waveguide aperture antenna; low side lobe; radiation slot; comparator0 引言随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。

基片集成波导缝隙阵天线设计

基片集成波导缝隙阵天线设计

基片集成波导缝隙阵天线设计随着无线通信技术的快速发展,天线作为无线通信系统中不可或缺的一部分,其性能和设计受到了广泛。

其中,基片集成波导缝隙阵天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点,成为了研究的热点。

本文将介绍一种基于基片集成波导缝隙阵天线的分析与设计。

在基片集成波导缝隙阵天线设计中,首先需要考虑的是材料的选取。

常见的基片集成波导材料包括陶瓷、玻璃、硅等。

这些材料具有高导电性、高绝缘性、低损耗等特点,能够有效降低天线的传输损耗。

同时,为了满足天线的小型化需求,我们还需要选择具有较高介电常数的材料,以减小天线的尺寸。

在确定材料后,我们需要对天线的形状和接口进行设计。

基片集成波导缝隙阵天线的常见形状包括矩形、圆形、椭圆形等。

这些形状的设计需要根据实际应用场景和通信标准来进行选择。

同时,为了实现天线的高性能和宽频带特性,我们还需要考虑接口的设计,包括如何连接天线与传输线,以及如何实现天线与其他设备的兼容性。

具体设计中,我们需要先确定缝隙阵的形状和大小。

这可以通过在基片集成波导上刻蚀一定形状和大小的缝隙来实现。

同时,我们还需要根据通信标准的要求,选择合适的缝隙长度和宽度。

为了提高天线的辐射效率和方向性,我们还需要对天线进行辐射特性和方向图的分析与优化。

在仿真阶段,我们使用电磁仿真软件对设计好的基片集成波导缝隙阵天线进行性能预测。

通过仿真,我们可以得到天线的辐射特性、方向图、增益等性能指标。

分析仿真结果,我们可以发现天线的性能优势和不足之处,从而进行针对性的优化。

实验验证是天线设计的重要环节。

在此阶段,我们实际制作天线并对其进行测试。

具体操作过程包括搭建测试平台、连接天线与测量设备等。

通过实际测量,我们可以得到天线的实际性能指标,并将其与理论分析和仿真结果进行比较。

实验验证结果表明,所设计的基片集成波导缝隙阵天线在辐射特性、方向图等方面均表现出较好的性能,符合预期设计目标。

本文通过对基片集成波导缝隙阵天线的设计与制作进行分析,探讨了其优势和应用前景。

波导缝隙阵仿真设计

波导缝隙阵仿真设计
4.2 天线性能 ..................................................................................................................... 26 第五章 结论 ................................................................................................................................... 27 参考文献 ......................................................................................................................................... 28 致 谢 .............................................................................................................................................. 29
毕业论文(设计)
论文题目: __________波导缝隙阵仿真设计 ____
____
关键词:波导缝隙阵;阻抗;导纳;散射系数; HFSS;泰勒线源
目录
第一章 前言 ..................................................................................................................................... 1 1.1 波导缝隙阵天线研究背景及意义 ............................................................................... 1 1.2 波导缝隙阵研究的现状 ............................................................................................... 1

项目七用HFSS仿真波导缝隙天线

项目七用HFSS仿真波导缝隙天线
cos( l cos ) cos( l ) j r E j 60 I m e r sin 其方向性函数为
(7-3)
cos( l cos ) cos( l ) F ( ) sin
(7-4)
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
由于理想缝隙天线与板状对称振子具有对偶性。因此,
cos( l cos ) cos( l ) F ( , ) sin
(7-5)
与对称振子一样,常用的缝隙天线是半波缝隙,即l=λ/4, 将其代入式(7-5)得
cos cos 2 F ( , ) sin
(7-6)
在包含缝隙轴线的平面内,方向图是“8”字形;在垂直 于缝隙轴线的平面内,方向图是圆形。
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
7.1.3 用HFSS仿真计算波导缝隙天线
任务要求:仿真波导缝隙天线的特性参数。 测试设备:计算机、HFSS软件。 设计步骤 1.初始步骤 (1)打开软件AnsoftHFSS。 点击Start按钮,选择Program,然后选择Ansoft/HFSS11, 点击HFSS11。
理想缝隙天线的横向尺寸远小于波长,纵向尺寸通常为λ/2。
项目七 用HFSS仿真波导缝隙天线
设yOz为无限大和无限薄的理想导电平板,在此面上沿z
轴开一个长为2l、宽为W(W<<λ)的缝隙。根据电磁场在金 属表面的分布特点,只可能存在平行于金属表面的磁场和垂 直于金属表面的电场。所以缝隙中的场可近似地认为是由金 属表面的磁场感应出来的,是垂直于缝隙的长边的电场,如 果不忽略短边处的边界条件限制,其分布可挖为如图7-1(a) 所示。这个电场可以向外辐射电磁波,具有天线的功能,所 以叫缝隙天线。

实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线 2。

查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13。

0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。

这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列,每个缝隙相距0。

5λg ,距离波导宽边中心有一定偏移。

Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中,x 为待求的偏移,a 为波导内壁宽边长度,λg 为波导波长.在具体的设计中,可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。

首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量,主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ,缝隙的长度L ,缝隙的宽度W 等。

一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ,应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。

如图1所示,在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数,根据波导缝隙的基本设计理论,在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。

因此,当缝隙谐振时有Im (Y )=0。

单缝谐振长度优化示意图如下:短路波端口设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵,采用Chebyshev 电流分布,前10个缝的电平分布如下:n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化:∑==101212n naK可以得到K=0。

100598.由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下:g_1=0。

010955,g_2=0。

00846 g_3=0.0153,g_4=0。

0265 g_5=0。

03867,g_6=0.0536 g_7=0.0693,g_8=0。

波导缝隙全向天线设计与仿真

波导缝隙全向天线设计与仿真
( e a m n o r eE gne n D pr et f i nier g,N r w s r Plt hia U iesy , inS ax 7 07 , hn ) t Ma n i ot et n o e ncl nvri X’ hni 10 2 C i h e yc t a a
摘要 : 针对微波全 向天线实际应用的产品水平均匀性差、 增益不高 , 提出了一种基于中心馈 电的波导缝 隙圆环阵全向天线设
计 方 法 。通 过 单 面开 缝 的波 导 在 水平 面 形成 圆环 阵 , 计 水平 均 匀 度 良好 的全 向天 线 , 比 了采 用 矩 形 波 导 、 矩 形 波 导 、 设 对 扁 梯 形 波 导 建 立 圆环 阵 时 水 平 均 匀 度 的差 异 ; 保 持 水 平 均 匀度 的基 础 上 通 过 中 心馈 电 的 方 式 , 一 步 提 高天 线 增 益 。 基 于 在 进
离 都 超 越 了传 统 的 V F U F频段 无 线 传 输 。 目前 国 内在 X H/ H
1 引言
微波全 向天线较多的应用在一 点多址通信 中 , 它包括过 去 的军事 、 天、 航 遥控 、 遥测领域 以及近几年 来随着广播 电视 事业的发展 , 发达 国家相继在城市建立 的多路微波 电视分配 系统 。在较低频段 , 向天 线 的主要结构 有侧射 螺旋 天线 、 全 交叉馈 电式天线 、 对称 偶极 子天线 、 波导缝 隙天 线。随着频 率 的升高 。前三种结构的天线很难 制造 , 无法满足浮标结 且 构 的要求 , 最后一种 波导缝 隙天 线 , 够设计 出高增 益 的全 能
g t etru i r t n a i t atr n e t r e e h i u su e o o t n a h g e an e t n f mi i zmu h p t n a d c n e —fd t c n q e i s d t b a ih rg i .T e O i i c b e o y e i h mn r — d e t n n e n smo ee n An o S n io me t n zmu h p t r s o e t n u a a e u d n r p z i a a t n a i d ld i s f HF S e v rn n ,a d a i t atn fr ca g l w v g i e a d t e i ol i e r a a

052_用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真

052_用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真

2006年用户年会论文用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真顾俊梁子长目标与环境电磁散射国防科技重点实验室航天科技集团公司八院八0二所上海200438[摘要] 本文叙述了波导缝隙阵天线的主要设计过程。

借助Ansys的高级电磁仿真软件FEKO 对天线进行了设计和仿真计算,并与实测数据进行了比较,仿真结果与实际结果吻合,结果说明了该方法的有效性及FEKO软件的高效、准确性。

[关键词] Ansys、Feko、波导缝隙阵、设计与仿真The Design and Simulation of Slot Array AntennaUsing Ansys FekoGu Jun LIANG Zi-chang(China Astronautics Science And Technology Group,No.802 Research Institute of Shanghai Academy of Spaceflight Technology ,Shanghai200438,China ) [Abstract]This paper introduces the main design procedure of slot array. Antenna are designed and simulated by dint of advance electromagnetic FEKO software of Ansys company, the calculated results are consistent with the result from measured data, which assure validity of the method, high effectivity and accuracy of FEKO.[Keyword] Ansys、Feko、slot array、design and simulation1前言波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。

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波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。

它广泛用于各种领域:1、地面、舰载、机载雷达2、导航雷达3、气象雷达4、雷达信标天线LL………………………………特别最近十几年,随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展,要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能,使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。

同时随着各种计算机辅助技术的发展,如数控机床的使用,天线的整体焊接技术等,为波导缝隙天线的使用创造了基础。

波导缝隙构成的阵列主要有两种形式,即波导宽边开缝和波导窄边开缝,我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。

波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能,而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点,从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。

下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。

主要讨论的内容:1.波导缝隙天线的设计基础理论2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真(一)波导缝隙阵天线设计的基础理论本章中您主要的目标是:1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。

2.了解波导缝隙的基本等效电路。

3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。

4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。

把一根波导放在自由空间,在波导输入端输入信号,波导终端接匹配负载。

如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙,此缝隙切断波导壁上的传导电流,在缝隙上将产生电场,且对波导内壁电流产生扰动,并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。

随着缝隙切割在波导壁的位置不同,形成不同的缝隙形式。

若缝隙的几何尺寸、其在波导上的位置以及在波导中传送能量确定,则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。

一般在工程应用中,只要提到波导缝隙的设计,就会想到缝隙的等效电路。

根据波导缝隙的等效电路形式,将波导缝隙可分为并联缝隙和串联缝隙。

波导缝隙的等效阻抗(导纳)自1940年以来,许多学者对缝隙天线理论和试验进行了大量的工作。

在波导缝隙的等效阻抗(导纳)理论分析工作上首推斯蒂文生(A.F.Stevenson)所取得的出色成果。

随后奥里纳、易宏跃、宋夫哈克和卡尔松等人将其进一步推广。

二)波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真本章中您主要的目标是:熟悉波导缝隙行波线阵天线的基本属性。

了解波导缝隙行波线阵天线的构成。

知道波导缝隙行波线阵天线的基本设计过程。

实际工程中可知当缝隙阵天线的工作频率确定以后,根据实际波导的工作的频段,可以比较容易确定波导的尺寸。

得到波导的宽边长度a,窄边长度b。

将波导宽边长度a,带入上面公式,天线的主波束指向角度已知,就可求出缝隙间距d。

根据波导缝隙阵列的设计理论,缝隙的偏移量对缝隙的谐振长度存在较大的影响,目前在理论上还没有十分明确的理论公式对这一影响进行分析,通常是采用实际工程中的经验值作为缝隙的谐振长度。

在根据实际加工测量的结果进行部分的修正,最终得出缝隙的谐振长度,但是传统的设计方法,需要比较长的设计、加工和测试周期,不但使成本较高,而且非常费时、费力。

参数设置:◎ length:此模型主要优化的变量。

◎ Offset:它主要调节并联缝隙的等效电导值,我们将其设置为辅助变化量。

设计要点:◎当缝隙谐振时,有Im(Y)=0。

◎应用ABS(Im(Y) )作为代价函数。

◎将偏移距离Offset从1mm以每步1mm的变化量调整到8mm,然后在每一变化点处优化谐振长度。

◎从而得到波导缝隙谐振长度与偏移距离之间的关系,产生设计曲线从上图可以看出,天线的指向在-29度左右,我们设计为-30度,最大增益为19.35dB因为是均匀分布副瓣电平最大值为6.85dB,相差12.5dB与理论的-13dB,基本一致,可以说明HFSS V9.0在缝隙阵天线的设计上是十分有效的,可以作为我们广大微波天线工程师们的得力助手。

(三)波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真本章中您主要的目标是:熟悉波导缝隙驻波线、面阵天线的基本属性。

知道波导缝隙驻波线、面阵天线的基本设计。

前面已经讲过驻波阵的定义了,这里就不在介绍了。

线性和平面谐振式(驻波阵)缝隙波导阵的设计已广泛的应用于实际工作中。

所有的谐振式缝隙波导阵的公共基本特点总结如下:在天线阵中,所有的缝隙都是谐振的,也就是在中心频率上,缝隙等效电路的导纳或电抗都为零。

#波导驻波电压最大值出现在并联缝隙上,最小值出现在串联缝隙上。

#在同一波导上,毗邻的缝隙都相距半个波导波长。

#主波束垂直于天线阵的口面(宽边)为使相距半个波导波长的两个缝隙辐射同相位。

毗邻的纵向缝隙都放在波导的中心线的两边。

由于平面阵列可以看成是线阵的组合,因此平面阵的设计很类似线性阵的设计。

这两种天线的互耦情况是不同的,因此分别加以讨论。

1、线性天线阵设计与仿真~~谐振式线阵为了保证输入端在中心频率上完全匹配,要求如下:~~对一端馈电的缝隙波导,所有归算的缝隙谐振的电导的总和等于1;对中心馈电的等于2。

~~对给定的缝隙位置上,要求缝隙谐振电导正比于辐射功率。

设计一个中心频率为10GHz 的波导缝隙线阵天线。

设计要求:副瓣电平低于-20db,增益大于等于18db,驻波比小于1.5带宽为100MHz。

根据设计要求,阵列形式选择为矩形波导宽边纵向驻波阵列,采用一根辐射波导,在其宽边开16 个缝隙,波导一端加短路板,另一端为馈电端口。

对阵列进行泰勒分布加权,得到电流分布,从而得到各缝隙阵元等效电导值,算出对应的偏移量,进而得到各阵元的谐振长度。

根据前面所述的理论计算出各个缝隙的等效电导值,应用公式斯蒂文生推倒的波导纵缝的导纳等效公式计算出各个缝隙的偏移量,在不同偏置位置对缝隙谐振长度进行优化。

经过优化我们可以的得到,如下数据:和波导缝隙行波阵的模型建立过程相同,只是端口设定中,一端为波导端口,另一端为短路面。

在这个模型中我们给出了考虑到波导壁厚的模型形式,按照波导缝隙天线的实际物理结构建立模型。

应用第二种方法重复了行波阵,从计算结果来看,两种设计建模方法得出的结论基本一致,仅在后瓣的地方有细微的差别,这里就不在详细叙述。

从仿真结果看,模型基本满足设计要求,增益没有达到预想的18dB,可能是由于在画模型时并没有使每一个缝隙都在其谐振长度上,只是去了个平均值,在工程实践中设计低副瓣或极低副瓣的波导缝隙天线,则必须按详细的波导基本电参数来设计。

根据这种设计思想,我们设计了一个平板波导缝隙阵列。

具体设计步骤如下:1、根据天线的增益要求和副瓣电平要求,计算处所需的波导数和波导上所看的缝隙数,天线口径面上缝隙的分布。

2、对于单根缝隙波导,则根据对中心馈电的缝隙波导,所有缝隙谐振的等效电导的总和等于23、根据每一根的波导上缝隙数目和电流分布情况,计算出各个缝隙的等效电导值,例如缝隙在波导上均匀分布,在此波导上准备开5个缝隙,则每个波导缝隙的等效电导值为0.4。

4、应用前面对线阵设计中讲过的方法,根据各个波导缝隙的等效电导值计算出各波导缝隙偏离波导中心的偏移量。

5、根据阵面要求设计,波导间的间距。

一般两个波导间距为波导宽边长度加波导壁厚。

6、根据波导数和波导的分布情况结合,前面的设计缝隙参数,建立仿真的阵面模型。

7、根据波导的阵面模型,建立相应的馈电网络。

8、在设计馈电波导的各个缝隙时,要建立对倾斜缝隙的等效模型,进行优化求解,倾斜缝隙的等效模型如图所示。

在不同倾角时优化缝隙的谐振长度,具体过程可参考偏移缝隙谐振长度优化。

当缝隙在谐振时,有Im(Y(11))=0。

2a、单脉冲平板缝隙阵天线仿真许多雷达工作于单脉冲模式。

单脉冲天线分为幅度及相位单脉冲两种形式。

平板天线构成的单脉冲天线属于相位单脉冲天线,为取得单脉冲信号通常把天线划分为四个象限,每个象限再分为若干个子阵列。

四个象限的信号通过馈电网络形成“和”“差”信号,由于在工程实践中受重量体积的限制,天线设计中仅保证“和”波瓣按最佳设计。

对“差”波瓣的副瓣电平一般不作要求。

要求“差”波瓣有以下指标:•1、零点深度:差波瓣零值低于和波瓣最大值的数值,典型值为-30dB。

•2、零点漂移:指零点方向随频率、温度等变化而产生的偏移,一般要求<-3dB/100。

在相位单脉冲情况下,由于“和”“差”信号固有相差为90度。

因而在形成误差信号前应补偿掉相差。

下面的图为实例的单脉冲平板缝隙阵天线的HFSS模型。

其设计流程与一般的波导缝隙平板天线的设计流程基本一致,只是在建模的时候可根据其四个象限的对称性,简化建模过程。

再者如果计算机的配置并不是太好,可能HFSS不能计算这样的电大尺寸的模型,您可以选择HFSS中的对称边界条件的设置,这样可以大大的减少计算量和缩短计算时间和波导缝隙行波阵的模型建立过程相同,只是端口设定中,一端为波导端口,另一端为短路面。

在这个模型中我们给出了考虑到波导壁厚的模型形式,按照波导缝隙天线的实际物理结构建立模型。

应用第二种方法重复了行波阵,从计算结果来看,两种设计建模方法得出的结论基本一致,仅在后瓣的地方有细微的差别,这里就不在详细叙述。

从仿真结果看,模型基本满足设计要求,增益没有达到预想的18dB,可能是由于在画模型时并没有使每一个缝隙都在其谐振长度上,只是去了个平均值,在工程实践中设计低副瓣或极低副瓣的波导缝隙天线,则必须按详细的波导基本电参数来设计。

根据这种设计思想,我们设计了一个平板波导缝隙阵列。

具体设计步骤如下:1、根据天线的增益要求和副瓣电平要求,计算处所需的波导数和波导上所看的缝隙数,天线口径面上缝隙的分布。

2、对于单根缝隙波导,则根据对中心馈电的缝隙波导,所有缝隙谐振的等效电导的总和等于23、根据每一根的波导上缝隙数目和电流分布情况,计算出各个缝隙的等效电导值,例如缝隙在波导上均匀分布,在此波导上准备开5个缝隙,则每个波导缝隙的等效电导值为0.4。

4、应用前面对线阵设计中讲过的方法,根据各个波导缝隙的等效电导值计算出各波导缝隙偏离波导中心的偏移量。

5、根据阵面要求设计,波导间的间距。

一般两个波导间距为波导宽边长度加波导壁厚。

6、根据波导数和波导的分布情况结合,前面的设计缝隙参数,建立仿真的阵面模型。

7、根据波导的阵面模型,建立相应的馈电网络。

8、在设计馈电波导的各个缝隙时,要建立对倾斜缝隙的等效模型,进行优化求解,倾斜缝隙的等效模型如图所示。

在不同倾角时优化缝隙的谐振长度,具体过程可参考偏移缝隙谐振长度优化。

当缝隙在谐振时,有Im(Y(11))=0。

2a、单脉冲平板缝隙阵天线仿真许多雷达工作于单脉冲模式。

单脉冲天线分为幅度及相位单脉冲两种形式。

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