实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真
一种高性能波导缝隙阵列天线的设计
图１ 可快速迭代的波导阵列天线设计方法步骤一：从天线的指标出发（波束宽度、副瓣水平、波束指向等），通过天线综合的方法获得所需的口经场幅度、相位分布，典型的综合方法如泰勒综合法、切比雪夫综合法、伍德沃德加权综合法等。
此过程还依赖于天线的近远场转换技术，可在天线形式已知的情况下实现口径场与远场的相互转换，是一项关键的技术。
步骤二：利用口径场求解缝隙电导分布。
此过程的实现依赖于微波网络的分析技术，涉及多端口网络参数的相互转化，如根据口径场分布进而得到缝隙处的散射场（S参数），由S参数与导纳矩阵Y之间的转换关系，进而得到缝隙电导分布。
步骤三：通过获得的缝隙电导分布，确定每个缝隙的电图２ 缝隙导纳分布波导缝隙的阻抗特性是决定天线阵单个阵元特性最为重要的特性。
确定缝隙阵列所需的导纳分布后，便要获得缝隙导纳与其电尺寸的对应关系，经拟合的缝隙倾角与归一化导纳之间的对应关系如图3所示。
另外，缝隙的切深可由谐振频率等因素确定。
图３ 缝隙谐振时倾角与电导的拟合曲线本文设计中采用标准矩形波导BJ-100，内部尺寸22.86mm*10.16mm，波导壁厚为1.72mm。
设计由226元缝隙构成的天线阵，相邻缝隙间等间距分布、交替导向。
考虑到扫描角度、带宽、功率容量等因素，设定缝隙间距为 （ａ） 天线侧视图 （ｂ）天线俯视图 （ｃ）缝隙波导天线 （ｄ）天线结构和尺寸图４ 天线形式图４ 高性能波导缝隙阵列天线测试结果采用XD-II型天线近远场天线测量系统，对阵列天线进行测试。
测试件数量为3个X波段雷达天线。
测试内容包括天线方向图、天线增益、天线电压驻波比。
测试方法如下。
（1）天线方向图。
在微波暗室内采用平面近场扫描方法，进行天线方向图测试。
被测天线为发射天线，探头接收发射信号。
将天线架设在转台上，调整天线的方位面和俯仰面，确定天线辐射阵面与探头扫描面保持平行。
天线架设及调平完毕以后，启用平面近（远）场测量测试软件，设置近（远）场平面测试系统测试参数，进行测试并自动记录，保存被测天线近场采集数据。
波导缝隙阵列天线分析与设计的开题报告
波导缝隙阵列天线分析与设计的开题报告一、选题背景随着无线通信技术的发展和普及，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能的优劣也越来越受到广泛关注。
在无线通信系统中，天线的产生的电磁波能量和天线自身内部的电磁波相互作用会对天线的性能产生一定的影响，因此设计高性能天线是无线通信系统发展中的重要问题之一。
波导缝隙阵列天线是一种常见的高性能天线结构，在国外已经得到了广泛的应用。
波导隙缝天线具有指向性好、高增益、广带宽、抗多径干扰等优点，在卫星通信、雷达测量、无线电视、定位导航等领域得到了广泛应用。
因此，深入研究波导隙缝天线的性能分析和设计方法具有重要意义。
二、研究内容本课题旨在采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计，并研究其性能指标的优化方法。
具体研究内容包括：1. 建立波导隙缝天线的几何模型并进行三维电磁场仿真；2. 分析波导隙缝天线的辐射特性和阻抗匹配特性；3. 优化波导隙缝天线的性能指标，如增益、带宽、方向图等；4. 设计并制作波导隙缝天线，进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。
三、研究意义通过对波导隙缝天线的性能分析和设计，可以提高天线的性能，适应不同通信系统的需求，为通信系统的发展提供支持。
同时，本课题的研究成果可以拓宽国内波导隙缝天线的应用领域和研究方向，提高国内无线通信技术的水平，推动我国相关产业的发展。
四、研究方法本课题采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计。
选用常用的电磁场仿真软件，如CST、Ansys等软件，对波导隙缝天线的电磁场进行三维仿真分析，获得天线的辐射特性和阻抗匹配特性。
在此基础上，通过对天线结构的参数设计，优化目标函数，达到提高性能指标的目的。
最后，根据优化结果设计波导隙缝天线，制作并进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。
五、预期成果1. 波导隙缝天线的三维电磁场仿真模型和分析结果；2. 波导隙缝天线的阻抗匹配电路设计和优化结果；3. 波导隙缝天线的性能指标优化结果，如增益、带宽、方向图等；4. 波导隙缝天线的实际测试结果和对比分析。
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。
波导缝隙阵仿真设计_毕业设计论文 精品
学校代码：_ 11059_学号：0905072010Hefei University毕业论文（设计）BACH ELOR DISSERTATION论文题目：__________波导缝隙阵仿真设计____ ____学位类别：工学学士学科专业：________________ 通信工程作者姓名：_______________ 马跃_____________ _________导师姓名：郑娟完成时间：_________ 2013-5-27_________ _波导缝隙阵仿真设计中文摘要缝隙天线是由金属面上的缝隙构成的天线。
波导裂缝阵列天线由于其体积小、重量轻、口径效率高、功率容量大和容易实现低副瓣及超低副瓣等优点，在机载火控雷达、导弹导引头等方面有着极为广泛的应用。
波导上的缝隙随着其切割位置的不同构成了不同形式的缝隙。
经常使用的缝隙有开在波导窄边的倾斜缝隙，开在波导宽边的纵向缝隙、横向缝隙以及开在波导宽边中心线上到倾斜缝隙，它们既可以是谐振式的，也可以是非谐振式的。
由于这些缝隙均切割表面电流，因而将向外部空间辐射能量，对这些缝隙的个数、位置、尺寸、排列进行精心选择，就能产生各种实用的天线。
本次设计要求为天线中心频率10GHz。
本设计通过理论计算和软件仿真实现相结合最终得出结果，最后结果从方向图可以看出该缝隙的增益达到19.05dB，且呈现笔形波束。
而第一副瓣约为-9.5dB，与主瓣相差28.55dB左右，满足波导缝隙阵天线使用场合的低副瓣要求。
关键词：波导缝隙阵；阻抗；导纳；散射系数；HFSS；泰勒线源Design of Waveguide Slot Array SimulationABSTRACTThe slot antenna is the antenna consists of metal surface of the gap. Waveguide slot array antenna because of its small size, light weight, high aperture efficiency,large power capacity and easy to realize low sidelobe and ultra low sidelobe and other advantages, has been widely used in airborne fire control radar, missile seeker. Slot waveguide with the cutting position of different form the gap. Gap are often used in the inclined slot waveguide edge, opened in the longitudinal slot waveguide, the transverse slot and open to the inclined slot in the waveguide center line, they can be resonant, also can be the non resonant. Because of these gaps are cutting surface current, thus to outer space radiation energy, the slot number, location, size, arrangement of carefully selected, can produce a variety of antenna .The design requirements for the antenna center frequency 10GHz. This design through theoretical calculation and software simulation to achieve the combination of the final results, the final results from the direction of the gap can be seen that gain reaches 19.05dB, and presented a pencil beam. And the first sidelobe is about -9.5dB, and the main valve is about28.55dB, meet the waveguide slot array antenna used low sidelobe requirements.KEY WORD: waveguide slot array; impedance; admittance; scattering coefficient; HFSS; Taylor line source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 (2)第二章波导缝隙阵天线概述 (4)2.1 天线简介 (4)2.2 波导缝隙阵概述 (5)2.3 波导裂缝阵天线的组成 (5)2.3.1辐射阵面 (5)2.3.2耦合波导 (6)2.3.3馈电波导 (6)2.4 缝隙类型 (7)2.4.1 缝隙类型简介 (7)2.4.2 宽边纵向半波谐振缝隙 (8)2.4.3 宽边横向半波谐振缝隙 (8)2.4.4 窄边斜半波谐振缝隙 (9)2.5 典型波导缝隙阵天线介绍 (9)2.5.1为开在宽壁上的横向谐振缝隙阵 (9)2.5.2 纵向谐振缝隙阵 (10)2.5.3 纵向谐振缝隙阵二 (10)2.5.4非谐振式缝隙阵 (11)2.5.5 匹配偏斜缝隙阵 (11)2.6 缝隙阵列天线参数确定 (12)2.6.1波导缝隙尺寸的确定 (12)2.6.2 波导尺寸和阵元间距的确定 (12)2.6.3泰勒线源近似 (13)2.6.4波导缝隙阵长及缝隙数目的确定 (14)2.6.5辐射缝隙的电导值的确定 (15)2.6.6缝隙偏移量的确定 (15)2.6.7 缝隙匹配的电导条件 (15)第三章技术实现 (16)3.1 软件简介 (16)3.2 天线的技术实现及大体结构 (16)3.2.1 设计原理 (16)3.2.2 HFSS软件的仿真实现 (18)第四章波导缝隙阵的仿真设计过程 (19)4.1 仿真过程 (19)4.1.1子工程1：给定缝隙偏移，优化缝隙的谐振长度 (19)4.1.2子工程2：所有缝隙的完整模型 (23)4.2 天线性能 (27)第五章结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第一章前言1.1 波导缝隙阵天线研究背景及意义缝隙天线是由金属面上的缝隙构成的天线。
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
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
摘
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。
单层波导缝隙阵天线的设计与仿真
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
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Ｊｎ ０ ０ ｕ ．２ １
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（ 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。
波导缝隙全向天线设计与仿真
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
波导缝隙阵天线
1、 设计背景 缝隙天线是由金属面上的缝隙构成的天线。波导缝隙阵天线具有口面场分布容易控制、 天线口径效率高、 性能稳定结构简单紧凑、 强度高、 安装方便等特点， 而且容易实现窄波束、 低副瓣乃至超低副瓣。 最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高，脉冲多普勒雷达的发展，矩形波导缝隙 阵天线在这些需要窄波束或赋性波束的微波通信和雷达系统中获得了广泛应用。 特别是它具 有体积小、重量轻、口径效率高、宽角副瓣低等特点，在机载雷达上为优选形式。 波导上的缝隙随着其切割位置的不同构成了不同形式的缝隙。经常使用的缝隙有开在 波导窄边的倾斜缝隙， 开在波导宽边的纵向缝隙、 横向缝隙以及开在波导宽边中心线上到倾 斜缝隙，它们既可以是谐振式的，也可以使非谐振式的。由于这些缝隙均切割表面电流，因 而将向外部空间辐射能量，对这些缝隙的个数、位置、尺寸、排列进行精心选择，就能产生 各种实用的天线方向图。 2、 设计原理 这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距 0 . 5 g ，距离波导宽边中心有一定偏 移。宽边上纵向并联缝隙的电导为
2 x g g1 s i n a
（1）
2 g
2 . 09 a g g1 b
cos
2
（2）
式中，x 为待求的偏移；a 为波导内壁宽边长度； g 为波导波长。在具体的设计中可以利用 HFSS 的优化功能确定缝隙的谐振长度 （图 1） 。 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，缝隙长度 L，缝隙的宽度 W 等。一般可根据实 际的加工确定出 W 缝隙的宽度，应用 HFSS 的优化功能得出 Offset 和 Length。在波端口的 Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的二分之一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。
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。
波导缝隙阵引信天线的设计和仿真
波导缝隙阵引信天线的设计和仿真
徐琰;刘元云
【期刊名称】《制导与引信》
【年(卷),期】2003(024)001
【摘要】介绍了缝隙单元在波导宽边中心线一侧排列的线阵的设计过程,然后应用有限元法来求解缝隙间存在互耦、阵列终端接匹配负载时的缝隙阵天线的方向图,并与实际测量结果进行比较,仿真结果与实验结果吻合.
【总页数】5页(P37-41)
【作者】徐琰;刘元云
【作者单位】上海航天技术研究院802所,上海,200090;上海航天技术研究院802所,上海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TN823.24
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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 。
工作频率为10GHz ，工作波长λ=30mm ，波导波长λg=39.75mm 。
根据波导各个尺寸可得偏移量与导纳之间的关系为()n g ax 066.1arcsin π=由上述导纳值可以求得各个缝隙的偏移量：mm x 8136.01= mm x 7146.02= mm x 9623.03= mm x 2691.14= mm x 5368.15= mm x 8146.16= mm x 0698.27= mm x 2757.28= mmx 4314.29= mm x 5097.210=四、实验内容利用HFSS 软件设计波导缝隙阵天线。
天线阵中心频率为10GHz ，选用WR -90型波导，其具体尺寸为：宽边22.86mm ，窄边10.16mm ，波导波长39.75mm 。
此设计过程可分为两个子工程：子工程1 在给定缝隙偏移量下优化缝隙的谐振长度，可以利用该工程1 对各个缝进行优化；子工程2 建立含有所有缝隙的完整模型。
最后得到该天线的二维和三维方向图的仿真结果。
五、实验步骤子工程1：在给定缝隙偏移量下优化缝隙的谐振长度 1.建立新工程2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。
（2）在弹出的Solution Type 窗口中 (a)选择Driven Modal 。
(b)点击OK 按钮。
3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。
（2）在设置单位窗口中选择：mm 。
4.建立缝隙天线模型（1）建立波导。
创建长方体模型Wave guide。
长方体的起始点位置坐标：X：-11.43，Y：0.0，Z：0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：22.86，dY：29.8125，dZ：10.16（2）建立缝隙。
(a)在菜单栏中点击3DModeler>Coordinate System>Create>Relative CS>Offset。
(b)在坐标输入栏中输入坐标：X：0.0，Y：9.9375，Z：10.16(c)创建长方体模型Slot起始点位置坐标：X：-0.5，Y：-7.0，Z：0.0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：1.0，dY：14.0，dZ：1.0(d)创建圆柱模型，该圆柱用来创建缝隙两端的半圆形倒角。
圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：-7.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.5，dY：0.0，dZ：0.0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.0(e)同样地，建立另外一个圆柱，尺寸为：圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：7.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.5，dY：0.0，dZ：0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.0(f)在操作历史树中利用Ctrl键选择Slot、Cylinder1、Cylinder2，注意选择的顺序(f)创建的模型,在坐标输入栏中输入坐标：X：2.0，Y：-7.0，Z：0.0（3）建立Air(a)创建长方体模型。
长方体的起始点位置坐标：X：-25，Y：-10.0，Z：11.16；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸:dX：50，dY：50，dZ：105.设置边界条件（1）设置辐射边界条件。
（2）设置理想磁壁。
6.设置激励端口p17.设置工程变量将缝隙的长度和偏移量设置为工程变量，这样可以在当前给定的偏移量下，优化仿真出缝隙的谐振长度。
（1）添加工程变量。
(a)在菜单栏中点击Project>Project Variables。
(b)在Project Variables标签中选择Value。
(c)点击Add添加工程变量$L，其值设为13.5mm。
(d)继续添加如下工程变量：$offset:2mm。
（2）设置优化变量。
(a)在操作历史树中展开slot，双击Create Box，在对话窗口中将原尺寸改为：Position:-0.5mm，-$L/2，0mmX Size:1mmY Size:$LZ Size:1mm(b)展开slot中的Unite，双击Cylinder1中的Create Cylinder，在对话窗口中将原尺寸改为：Position:0mm，-$L/2，0mmRadius:0.5mmHeight:1mm(c)同样地，双击Cylinder2中的Create Cylinder，在弹出的对话窗口中将原尺寸改为：Position:0mm，$L/2，0mmRadius:0.5mmHeight:1mm(d)双击Move，将Move Vector坐标修改为$offset，0mm，0mm。
8.求解设置为该问题设置求解频率，工作频率为10GHz。
(a)在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。
(b)在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency:10.0GHzMaximum Number of Passes:15Maximum Delta S per Pass:0.029.保存工程10.求解该工程11.缝隙长度优化（1）在菜单栏中点击Project>Project Variables，在对话框中选择Optimization，选中待优化变量$L，将优化变量的范围设置为［13mm，15mm］（2）在菜单栏中点击HFSS>Results>Output Variables，添加输出变量cost。
，首先点击Insert Function，插入abs，点击Report Type下拉菜单，选择Modal Solution Data，点击Solution 下拉菜单，选择Setup1:Last Adaptive，然后做如下设置：Category：Y ParameterQuantity：Y(WavePort1，WavePort1)Function：im点击Insert Quantity Into Expression，然后点击Done。
（3）在菜单栏中点击Optimetrics>Analysis>Add Optimization。
在Goal标签中点击Add 按钮，添加优化目标，如图5-2-60所示；在Calculation中点击下拉菜单，选择cost；在Condition 中选择Minimize。
在Optimizer中可以选择不用的优化方法。
（4）点击HFSS>Analyze All，可以优化在当前$offset下缝隙的谐振长度。
经过计算，在$offset＝2mm时，谐振长度$L=13.69mm。
子工程2：所有缝隙的完整模型利用子工程1可以根据各个缝隙的偏移量优化其谐振长度。
这里为了方便建模，各个缝隙除去倒角的长度均选择为13.6mm。
读者可以根据优化结果详细设置各个缝隙的长度。
1.建立新工程为了方便创建模型，在Tools>Options>HFSS Options中将Duplicate boundaries with geometry复选框选中。
2.同子工程1一样建立Wave guide其尺寸为：X：-11.43，Y：0.0，Z：0.0；dX：22.86，dY：407.435，dZ：10.163.同子工程1一样建立Slot1在局部坐标系下选择Slot1。
在坐标输入栏中输入：X：0.0，Y：0.0，Z：0.0；dX：0.0，dY：19.875，dZ：0.0。
在弹出的Duplicate a long line对话框中，设置复制的总数为20。
根据各缝隙的偏移量依次沿X轴移动各个缝隙。
4.设置Air在局部坐标系下的尺寸为：X：-20，Y：-20，Z：1.0；dX：40，dY：440，dZ：105.设置边界条件6.求解设置在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency:10.0GHzMaximum Number of Passes:15Maximum Delta S per Pass:0.027.保存工程8.求解该工程9.后处理计算（1）3D增益方向图。
(a)在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi:Start:0deg，Stop:360deg，Step:2degTheta:Start:0deg，Stop:180deg，Step:2deg(b)在菜单栏中点击HFSS>Results>Create Report。
(c)在弹出的对话框中做以下设置：Report Type：Far Fields，Display Type：3DPolarPlot(d)在弹出的对话窗口中设置Mag标签：Category:Gain，Quantity:Gain Total，Function:dB(e)点击Add Trace按钮（2）2D增益方向图。