双模圆锥喇叭天线设计共20页
喇叭天线的设计方案
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 (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.................................................. 1..1...6. ............................................................................................ 方向图....................................................... 1..1 亠•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。
12.喇叭天线(2)
图 10-24 加速透镜剖面
与介质透镜的分析方法一样，目的是要确定 p AB 曲线的方程，结果为：
(1 − n 2 ) x 2 + 2(1 − n) fx + y 2 = 0
(椭圆方程)
(10.60)
在上面的讨论中， 介绍了三种透镜形式， 即介质透镜， 空气透镜和金属透镜。 虽然使用它们可使喇叭的口径场相位得到校正， 但是使用它们后喇叭口径场幅度 分布将受到影响， 还将产生反射。 幅度分布变化， 也将引起辐射方向图发生变化。 这个问题，感兴趣的同学可参阅相关文献。
r 2 = ( x + f )2 + y 2 r = f + nx
→
r=
(n − 1) f n cos ϕ − 1
(10.55)
⇒
(n 2 − 1) x 2 + 2(n − 1) fx − y 2 = 0
(10.56)
q 为双曲线形式。如上推导没用到折射定律， 上式说明，透镜剖面曲线 AOB 可以证明，该曲线满足折射定律。 在透镜边缘 A 和 B 两点处满足如下关系
3．金属透镜（加速透镜）
由一些平行金属片构成，见前面图 10-19(b)(d)及下面图 10-24。相邻的两片 构成波导，其性质与矩形波导类似，当电场矢量通过金属片构成小波导时(即这 些波导中为 TE10 模)，可得相速νp 和折射率 n 如下
vp = c 1 − ( λ 2d )
2
， n=
c 2 = 1 − ( λ 2d ) < 1 vp
e− jβ r r
(10.61)
ˆ 为单位矢量， E (θ , ϕ ) ——远场幅度方向图函数 式中， u
如果取圆锥喇叭口径上的最大相位差为
[信息与通信]双锥天线
![[信息与通信]双锥天线](https://img.taocdn.com/s3/m/99fe995231b765ce0408141f.png)
第二章 双锥天线可以用简单的办法扩展电偶极子天线的带宽，其一是增加电偶极子的导线直径，其二是进一步扩展这一思路，用直径渐变的导线去替代电偶极子的辐射体，形成双锥结构，即本章研究的双锥天线，能大大扩展天线带宽。
首先研究理想化的双圆锥天线，然后讨论几种实用的变形天线。
2．1 无限长双圆锥天线一金属导线与z 轴之夹角为θh ， 绕z 轴旋转一周形成图1所示的无限 长金属双圆锥。
两个顶点之间的间距h 为无限小，在顶点处双圆锥互相绝 缘。
用射频信号源接于两顶点之间， 在金属圆锥面上产生电流，并向空间 辐射电磁波。
图1所示结构即无限长双圆锥天线。
分析表明，该结构可以看成是无限长圆锥传输线， 图1. 无限长双圆锥天线传输的主模是TEM 球面波。
空间中仅存在H φ和E θ两个场分量。
由E j H ωε=⨯∇可得(提示：])([ˆ)](sin 1[ˆ])sin ([sin ˆθφφθθφθθθθφθφ∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=⨯∇r rF rF r r rF r F r F F r r F ）0)sin (sin 1==∂∂r E j H r ωεθθθφ (2.1)θφωεE j rH rr =∂∂-)(1 (2.2) 由式（2.1）看到θφsin 1∝H (2.3)根据无限长圆锥结构，把磁场写成如下形式rjkr H H )exp(sin 40-=θπφ (2.4)把式(2.4)代入式(2.2)得到r jkr H jkr r H r jE )exp(sin 4)exp(sin 400-=-∂∂=θπηθπωεθ (2.5)式(2.5)就是φθηH E =，满足TEM 波的要求。
场分量随θ的变化为θsin 1，归一化辐射方向图为θθθsin sin )(hF =， h θ<θ<h θπ- (2.6) 方向图如图2所示。
为了求解天线输入阻抗，首先必须确 定端电压和端电流。
参见图1，电压 等于E θ沿着r =常数的路径积分，)2ln(cot )exp(2sin 1)exp(4)(00h jkr H d jkr H rd E r V hhh hθπηθθπηθθπθθπθθ-=-==⎰⎰-- )cot csc ln csc (c x x xdx ++-=⎰ (2.7)磁场H φ在导体表面的边界条件为φH J s =，锥面上总电流为)exp(2sin 2sin )(200jkr H rH d r H r I -===⎰πφφθπφθ (2.8) 由式(2.7)和式(2.8)得到任意r 处的圆锥传输线特性阻抗为))2ln(cot()()(0h r I r V Z θπη==(2.9)可以看到Z0与径向坐标r无关，因此，也是馈电点的阻抗，即天线输入阻抗。
一种新型微带馈电的圆锥喇叭天线设计
一种新型微带馈电的圆锥喇叭天线设计张文辉;李萍;安合志;王蕾蕾【摘要】设计了一种微带馈电双极化喇叭天线.该喇叭天线的辐射层中心为一圆锥喇叭孔的金属波导材料,通过双层正交的三角形带状线馈电结构来实现双极化,最下层加入金属反射腔来抑制背向辐射,提高天线增益.利用HFSS电磁仿真软件对天线进行优化仿真,仿真结果表明,该喇叭天线在Ku波段上行(14.0～14.5 GHz)和下行(12.25～12.75 GHz)的反射系数VSWR均＜2,两个端口的增益均＞8 dB.该喇叭天线体积小,增益高,采用微带馈电的形式,适合作为Ku波段卫星地面通信系统的天线单元.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2013(026)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】喇叭天线;微带馈电;双极化【作者】张文辉;李萍;安合志;王蕾蕾【作者单位】武警工程大学研究生大队,陕西西安710086【正文语种】中文【中图分类】TN821+.3卫星地面通信系统天线一般采用抛物面天线，而抛物面天线由于采用刚性板块，因而具有重量大、成本高、机动灵活性差的缺点。
文献［1］提出用一种Ku波段的微带阵列天线代替抛物面天线，但微带天线单元由于工艺限制，增益较低、损耗较大。
喇叭天线由于具有较大的增益和良好的方向性而得到了广泛的应用。
然而，传统的喇叭天线体积庞大，结构复杂，而且采用波导馈电的形式，使得传统的喇叭天线难以组阵。
近年来，一些喇叭天线采用微带馈电的方式［2－4］，使得喇叭天线便于组阵。
文中提出了一种新型微带馈电喇叭天线，以辐射层为中心的波导喇叭孔的金属波导，通过双层正交微带馈电实现双极化，最下层为金属反射腔，用来提高喇叭天线的增益。
利用HFSS软件仿真得到该双极化喇叭天线两个端口的天线增益＞8 dB，在Ku波段上行(14.0～14.5 GHz)和下行(12.25～12.75 GHz)的反射系数VSWR均＜2，因此相对于传统的微带天线，更适合作为卫星地面通信系统的天线单元。
课件：实验6 圆锥喇叭天线设计
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创建一个放置于圆锥体Taper上的圆柱体，其截面半径 和高度分别用变量b和h3表示，其底面圆心位于（0， 0，h1+h2），并将其命名为Throat。
在主菜单栏中选择draw----cylinder或单击工具栏上的圆 柱体按钮，进入创建圆柱体的状态。新建的圆柱体会 添加到操作历史树的solids节点下，默认名cylinder1。
• 再次在三维模型窗口中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选 择assign boundary----Perfect E命令，打开一个对话框，直 接单击ok按钮，将前面选中的表面的边界条件设置为理想 导体边界。
设置辐射边界条件 使用HFSS分析天线时，需要设置辐射边界，且辐射边界表面
距离辐射体需要不小于1/4波长。
第六章 圆锥喇叭天线的设计与 分析
一、喇叭天线
• 喇叭天线（Horn Antennas）是最广泛使用
的微波天线之一。它的出现与早期应用可 追溯到19世纪后期。喇叭天线除了大量用 做反射面天线的馈源以外，也是相控阵天 线的常用单元天线，还可以用做对其它高 增益天线进行校准和增益测试的通用标准。 • 它的优点是具有结构简单、馈电简便、频 带较宽、功率容量大和高增益的整体性能。
3.设计建模
• 创建喇叭模型 创建一个放置于xy平面上的圆柱体，其截面半
径和高度分别用变量a和h1表示，其底面圆心位于坐 标原点，并将其命名为Waveguide。
在主菜单栏中选择draw----cylinder或单击工具栏上的圆 柱体按钮，进入创建圆柱体的状态。新建的圆柱体会 添加到操作历史树的solids节点下，默认名cylinder1。
喇叭天线的设计1206030201
微波技能与天线课程安排——之阳早格格创做角锥喇叭天线姓名：吴爽教号：1206030201目录一．角锥喇叭天线前提知识34. 最好角锥喇叭近场 E里战 H里的主瓣宽度7二．角锥喇叭安排真例7一．角锥喇叭天线前提知识角锥喇叭是对付馈电的矩形波导正在宽边战窄边均按一定弛角弛启而产生的，如下图所示.矩形波导尺寸为a×b，喇叭心径尺寸为D H×D E，其E里(yz 里)真顶面到心径中面的距离为R ，H 里(xz 里)内真顶面到心径中面的距离为R E,H 里(xz 里)内真顶面到心径中面的距离为R H.1. 心径场角锥喇叭内的电磁场，暂时还已有庄重的剖析解截止，本果正在于，角锥喇叭正在 x战 y二个目标随喇叭的少度目标均是渐变而渐渐扩展的，果而要正在一个正接坐标系下供得角锥喇叭内的场的庄重剖析解是艰易的.常常近似天认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具备球里波个性，而且假设角锥喇叭心径里上的相位分散沿x 战 y 二个目标均为仄圆律变更.按此假设，可写出角锥喇叭的心径场为：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 ，可用做尺度删益喇叭.假如楔形喇叭，则R H ≠R E .由此心径里场分散估计的近场与真测的截止符合的很好，道明白假设的心径场分解模型的精确性.2. 辐射场由角锥喇叭的心径场分散，仿照前里供 E 里战 H 里扇形喇叭近区辐射场的步调，便不妨供出角锥喇叭的近区辐射场表白式.由于估计历程较繁，那里间接给出截止.])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 里战 H 里场为： 02/||====ϕϕπϕθE E E E H E (2.8)正在角锥喇叭的 D E 、R E 、D H 、R H与扇形喇叭的相共时，不妨道明:■角锥喇叭正在 E 里的目标图与 E 里扇形喇叭的 E 里目标图相共；■角锥喇叭正在 H 里内的目标图与 H 里扇形喇叭正在 H 里内的目标图相共.决定(与γ/β =1 ).画出的幅度三维图及 E 里战 H 里目标图如下图所示：是指角锥喇叭的尺寸正在 H 里战 E 里分别与最好，即 λλ2322E Eop H HopD R D R ==43ϕπϕ= (3.1)那样，便可使角锥喇叭的删益为最大.4. 最好角锥喇叭近场 E 里战 H 里的主瓣宽度Z 由于正在相共的 R E 战 D E 条件下， 角锥喇叭的E 里目标图与 E 里扇形喇叭的E 里目标图相共，正在相共的 RH 战 DH 条件下，角锥喇叭的 H 里目标图与 H 里扇形喇叭的目标图相共，则最好角锥喇叭 E 里战 H 里目标图的主瓣宽度分别由式(4.1)战(4.2)表示，即：2θλ/D 1 rad=80λ/D 1(°) (4.1)2θλ/D 1 rad=54λ/D 1(°) (4.2)角锥喇叭做天线时，可按此央供安排.二．角锥喇叭安排真例1.处事频次教号：12060302011000+50+1500=2500MHZ波少λ波导的尺寸a,b应包管波导内只传输TE10波.果此采用λ=λ笔曲极化，电场目标笔曲于大天已给定波束宽度火仄里：2θλ/D1 rad=80λ/D1(°)供得 D1=0.9408m （2θ=10）笔曲里：2θλ/D1 rad=54λ/D1(°)供得 D2=0.42336m （2θ=15）决定尺寸D1，D2喇叭尺寸决定后，由喇叭最好尺寸公式：R H=D12/3λR E=D22/2λ供出喇叭的少度：R HR E对付于角锥喇叭天线，末尾决定其尺寸时，还要思量喇叭有波导正在颈部的尺寸协共问题，如下图所示：代进得到闭系式：考证：而将R E 建改为cm R H 51.2995116.0=9.182451.0212==D D G λπ=45.5 Db表里估计公式：角锥喇叭E 里目标图战H 里目标图分别为对付应的E 里扇形喇叭的E 里目标图战H 里扇形喇叭的H 里目标图.E 里目标图：其中：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=θπsin 2222'1R D R k tH 里目标图：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 源步调：E 里目标图clcclear%a=input('请输进角锥输进端宽度（H 里）单位mm a=') a=8.5;a=a*10.^(-3);%b=input('请输进角锥输进端宽度（E 里）单位mm b=') b=4;b=b*10.^(-3);%D1=input('请输进角锥心径宽度（H 里）单位mm A=') D1=94;D1=D1*10.^(-3);%D2=input('请输进角锥心径宽度（E 里）单位mm B=')D2=42.3;D2=D2*10.^(-3);%h=input('请输进喇叭心少度单位mm H=')h=227;h=h*10.^(-3);%f=input('请输进处事频次单位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里目标图')xlabel('Angle(\theta)/\ circ')ylabel('Gain(\theta)')H里目标图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里目标图')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。
E面和H面方向图等化的双模圆锥喇叭设计
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其相位中心位置可采用解析方法或实验技术来确定 " 但是解析方法一般较烦 !! 喇叭作为反射面天线的馈源 " # $ # $ 多采用实验技术 7 来确定天线的相位中心 % 因为圆锥喇叭结构具有对称 琐" 且只有少数的结构有解析公式 6 " 性" 所以其相位中心就在其轴线上虚顶点与口面中心之间的某处 % 在实验之前先对喇叭进行电磁仿真 " 初步确 即轴线上相位 定其相位中心的位置 " 再根 据 实 验 的 测 试 数 据 进 一 步 确定其相心的位置 % 相心位置用 & 表示 " 中心到喇叭口面中心的距离 " 如图 % 所示 % !! 双模圆锥喇叭的远区辐射场为 ! ! 9)# / , > # !% / , > %9 # !)# # ’ ’ ’ # ? * #4 > " 0 !’ 8, : 8 ? 9, : < , : < ? 9& 9 9& 9& 9 9 9 ’ " 0 9 + ! (> ) 9 9 " 9)# % ! ! ’ $ # ! & * # > " 0 # ! 9 / , > %9 4 9 8 , : 8 * # > " 0 # ) # # ! % . ! # 4 9
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。
实验六-双模圆锥喇叭天线的设计与仿真.docx
实验六 双模圆锥喇叭天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个双模圆锥喇叭天线2.查看并分析该双模圆锥喇叭天线的收敛结果、远场方向图及喇叭轴比曲线、喇叭驻波比信息二、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。
从图中可以看出,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。
最佳圆锥喇叭的主瓣宽度与方向系数可以由以下公式近似计算：在增益最大值(图中虚线)处,可归纳出R 与D 的近似关系λλ15.04.22-=DRop喇叭天线通过馈电段向移相段输入电磁场,通过波模的激励、传输和控制到达喇叭口面形成口面场,由口面场向空间辐射,在辐射区干涉叠加,形成了辐射场在空间的分布幅度方向图和相位方向图,并得到各项辐射性能。
在双模圆锥喇叭中,使用主模TM11和另一个高次模TE11,主模圆波导的模在台阶处激发若干高次模,选择尺寸α、A 、台阶比ρ = α /A ,使之能传输TM11和TE11模,其余可能激起的高次模被截止。
喇叭作为反射面天线的馈源,其相位中心位置可采用解析方法或实验技术来确定,但是解析方法一般较烦琐,且只有少数的结构有解析公式,多采用实验技术来确定天线的相位中心。
因为圆锥喇叭结构具有对称性,所以其相位中心就在其轴线上虚顶点与口面中心之间的某处。
在实验之前先对喇叭进行电磁仿真,初步确定其相位中心的位置,再根据实验的测试数据进一步确定其相心的位置。
相心位置用Q 表示,即轴线上相位中心到喇叭口面中心的距离,如下图所示。
双模圆锥喇叭的远区辐射场为：()}]sin 83.3[1)84.1()83.3(84.1cos 1cos 1{sin sin 21cos 1sin 21'111111111111θθλλθθθλθλφλλλλθA J J M A A J E k kk gH gE gH gH -+++++=200'11111)84.1sin (1)sin (21cos cos θθλλλλθφφkA kA J E gH gH -•++=四、实验内容设计一个双模圆锥喇叭天线,其指标要求如下： 中心频率为：5GHz ；0.50.522() 1.222() 1.050.5()H m E m m rad d rad d dD λθλθπλ⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪⎪=⎪⎭采用圆波导喇叭馈电结构,并使用两个激励模式,该两个模式的初始误差为90°,构成圆极化。
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
基于HFSS的圆锥喇叭天线设计综述
结果优化
仿真结果分析
• 工作频段附近S11小于-25dB，满足要求。 • 最大辐射方向上增益大于20dB。 • 驻波比接近于1:1，说明天线能获得较大的辐射功率。
谢谢
基于HFSS的圆锥喇叭天线设计
学院（系）：电子工程与光电技术学院 姓名、学号：郝晓辉 1104330111 席家祯 1104330126 白剑斌 1104
发射机
馈线 馈线
接收机
为了改善方向性，压窄方向图和获得较高的增益，需要增大波导辐射器的口径 面积，将波导终端做成逐渐张开的形状，就是喇叭天线。
给定增益设计喇叭
• 该表中同时列出了以S作为 参变数的圆锥喇叭渐变振幅 和相位误差损失值。利用此 表容易求得已知喇叭参数的 增益，或已知（给定）增益 设计喇叭天线。
• 增益与口径直径关系式
其中GF为误差损失值
GF ATL PEL
ATL为幅度渐变效率 PEL为相位误差效率
我们能够获得已知增益使斜径最短的最 佳圆锥喇叭。 对于一定的斜径，当我们画出增益随口 径半径变化的曲线时，会发现使增益最 大的口径半径值不是一个固定值，而是 一个较宽的范围。 用增益为纵坐标，给出一组这样的曲线， 由图可以看出，过增益最大值可以搭出 一条对应于S=0.39的线。 这就是GF=2.85dB(ATL+PEL)的最佳喇叭。
圆锥喇叭天线的仿真
仿真步骤：
1．建立新的工程 2．设置求解类型 3．设置模型单位 4．设置模型的默认材料 5．创建喇叭模型 6．创建辐射边界 7．创建波端口 8．辐射场角度设置 9．求解设置 10．保存工程 11．查看求解收敛结果 12．后处理操作
仿真结果
远场增益
驻波比
工作频率附近S参数
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。