矩形口径喇叭天线设计报告

1、矩形口径喇叭天线设计报告班级：11050941学号：姓名：矩形口径喇叭天线设计报告一、设计原理1、矩形喇叭天线的口面场结构为了说明喇叭天线的口面场结构，可用一个矩形喇叭来说明。图6-5-2画出了一个矩形扇形喇叭天线的场分布图。E帛形而喇叫H覇形而喇叭H6-S2矩旳痛面喇叭天.建剖而宦（1）当矩形波导前端面开口时，也同样能产生电磁辐射，只是因为口面直径太小，按面天线理论，口面积越大，辐射场越强，方向性越好。这样由矩形波导前端面产生的辐射场强将较弱，方向性也相对较差。如果采用开口形状喇叭，口面积相对增大，辐射场也将增强；（2）当矩形波导前端开口时，将造成电磁波在波导内、外的存在空间不同。两个大小不

2、同的空间环境对电磁波呈现的阻抗也不相同，其结果就是电磁波在波导中形成驻波形式，影响能量传输。如把波导开口做成喇叭形状，可以使电磁波由波导传到大空间时有一个渐变过程或过渡过程，这样能减缓阻抗的骤变，使电磁波在波导内传输时的驻波成份减少，有利于提高能量在波导中的传输效率。（2）当矩形波导前端做成喇叭形状，电磁波载波道中的传输效率得到了提高，但由于喇叭和矩形波导形状上的差异，必将导致传到喇叭中电磁波的波阵面成为柱面（与矩形波导对应的喇叭）或球面形状（与圆形波导对应的喇叭）。这样在喇叭口面上形成的口面场Es成为非均匀口面场结构，即在口面上各点Es的相位和振幅大小不再相等，这将造成喇叭天线辐射场方向性变

3、坏2矩形喇叭天线口面场相位分布特点根据天线辐射场一般表示式，其辐射场E和H最终是由口面场Es决定的。因此对口0申面场Es的振幅和相位分析，就成为分析喇叭天线的首要问题。以H面扇形喇叭天线为例，并假定激励H面扇形喇叭的巨型波导TE1。型波。由于H面扇形喇叭相当于矩形波导宽边x逐渐扩展而成，因此其口面场E二E的相位将随宽边x坐ssy标发生变化，与保持不变的窄边y无关，或者说E相位沿窄边y保持均匀分布，如图6-5-sy3所示。S6-5-3梗盼喇叭的尺叶与坐抗图中Dx、Dy为H面扇形喇叭天线的口径宽度；Rx、Ry分别为H面和E面扇形喇叭天线的长度；0为喇叭天线的顶点，也叫相位中心，相当于喇叭天线的辐射

4、中心，或者说球面波是由这样的一个虚设点发出的。在图6-5-2和图6-5-3中，把口面场E=E沿宽边x和窄边y的相位关系表示成：ssyAk(OM-OO)学(OM-R)vx尢0(Esy相位与y坐标无关)Iy(6-5-1)而OM=寸R2+x2，所以A(*:R2+x2R)x人xx由于H面扇形喇叭天线的等效长度Rx般远大于其口面尺寸Dx、Dy,即Rxx,利用幕级数把(6-5-1)展开，可得到:Ax_可(2R(2R)2+x(6-5-3)只保留x2项，得到:*丄兀x2A9x九Rx(6-5-4)与此对应的相移量最大值为:xmax4九Rx这就是说，对H面扇形喇叭天线,(在喇叭口面边沿处)(6-5-5)其口面场E

5、sy方向虽沿窄边y轴方向，但其相位却沿变化了的宽边x方向发生变化。当设口面中心0为相位零点，在口面x方向边沿位置,口面场Esy具有最大相移量A0 xmax显然相位随坐标变量成平方率分布。按同样道理，对于E面扇形喇叭天线，由于窄边y逐渐张开，其口面场Esy相位沿y轴方向也一定发生变化，而相位沿宽边x轴却保持不变，用数学式子表示出来就是:6-5-6)在y轴边沿处相移量最大值Aymax对楔形角锥喇叭天线，由于宽边X、窄边y同时逐渐张开，在这两个方向上口面场相位也会按平方率变化，用数学式子表示出来就是：兀/X2牝=(R+xy与此对应的相位最大值为AQ=善（孚+，相当于沿变化了的宽边x、窄边xymax4

6、xRRxyy均按平方率变化。矩形喇叭天线口面场振幅分布对于矩形喇叭天线，可以看成是由矩形波导沿不同边逐渐张开而形成，因此，在矩形喇叭天线中，其口面场相位除随变化边坐标按平方律分布外，振幅总是随宽边X按余弦规律分布。把三种喇叭天线口面场振幅和相位随宽边x和窄边y的分布用数学式子表示出来就是：xxCDe面扇形孤COh面扇榊叭（3）灘角锥期叽(6-5-8)(6-5-9)(6-5-10)（4）圆锥喇叭天线对于和圆波导相连接的圆锥喇叭天线.当TEU波型澈励时，其口面场分布更为复杂，在此不做讨论。由此可见，对于和矩形波导连接的楔形喇叭，不管其口面场Es=Esy沿那个边张开形成，其振幅沿窄边y

7、轴方向是均匀的，而沿宽边x方向振幅按余弦规律变化；而相位却随变化的那条边按，平方率变化。正因为喇叭天线口面场分布不均匀，导致喇叭天线辐射场方向性较差，因而它只能作为一般面天线的照射器，而不能作为独立的面天线使用。2.2.2喇叭天线辐射场的方向性与最佳喇叭根据本章第三节的讨论结果，只要把各种喇叭天线口面场分布函数带入口面辐射场一般表示式中，即可得到喇叭天线的辐射场何方向函数。D2把E面扇形喇叭口面场分布函数代入E面辐射场表示式中，并令参数s=厂，8九/yD21/二（R2+A）2，其中Dy为y方向口径最大值，可画出E面扇形喇叭天线E面方向图。把yy4D2H面扇形喇叭口面场分布函数代入H面辐射场表示

8、式中，并令参数t=x8九/xD21l=(R2+)2，其中Dx为X方向口径最大值，可画出H面扇形喇叭天线H面方向图。xx4图6-5-4E面喇叭的E面方向图图6-5-5H面喇叭的H面方向图在图6-5-4中，s=0,即l一或人Ta曲线对应等的幅同相位口面辐射场(均匀yy口面场)的E面方向图。图6-5-5中，t二0,即l一或尺Ta曲线对应振幅按余弦同xx相位口面辐射场H面方向图。由以上两图可见，把s=0和t=0对应的口面辐射场与st不等于0的方向图作比较，其最明显的差别有两点：零点消失，主瓣变宽；过大的口面场相位偏差使9=0。不再是最大的辐射方向，而整个喇叭天线的辐射方向图形类似马鞍形。对于喇叭天线，

9、为了获得较好的辐射方向图，使最大辐射方向保持在=0。方向位置上,也就是沿着喇叭天线口面的法线方向，工程上规定E面扇形喇叭口面场的最大相位差不兀超过一，也就是：2.兀D2兀A0max-y4九R2y对于H面扇形喇叭，保持最大辐射在9=0。方向上，规定其口面场最大相位偏差为:人丄兀D23兀Amax=EVnltEvaLaated.rpeEescripiionBeDnly:iJcl.langth.1.23iri1.231ciDE：igiL厂厂a4.3iriDesifh厂厂2.15in2.15inDuiQirrvilngh.5+1augth.6.15in厂a2D.5in20.5inDacian.厂厂二U1

10、5.18in15.LBiziDsied-rrplngh.22.41in22.VinDasigiL厂?Si5Ltivitv【EtotistiesfOpiiniEtioiL1TuningEisriaTt陵ShmHidden3、设计建模(1)创建喇叭模型Ropertiet：Hern-HFSDedgnl-ModelerAttribute站|El:肖PropsrtieB：Hern-HFSSDesign丄-ModelerCcukniHudITspVaIuaUnitEg*辺gtadValiaADaecrLptlaiiConkTi4iLiCr-at4Racl-aLaCEOfiijiatt.GLobtlfDSi

11、ti&IL-&/Z-b/ZJDlh-2.5:dl,L.OTSliljDiliAxi32HSizsi.43inlfSiz412.LSin/IIT1JShnrrHjdden伺匚Ili.R2厂:SiztCOTiTlTld.Propeirtiei：Horn-HF5DmigrilModeler匚onnTiiCsrsa.t4BL&ct4n.glQSkovbiddenAttributealu.ePStiNKiddAREVA1-U.-Lt6dVaIuADd-S-CtrLptJOTiPrapertieiKrtcn-HFSSDesignl-ModelerRea-oiilyVhalvV4.-nWJTiEoardin

12、itt.GlobalPiJ3fl.LDCLEval-oatedV.IDescripiLODNb.teri&1SpIvcLn.3id.eOrientatiaa-1L?E,bl/2,.plencth-Fl.”-1:.：*NdZIrnsparflitBisplayftColor(2)创建WR430波导模型0PropertiesHorn-HFSSDesignl-ModelerA.ttrjlutaViLue!HescriptLanHaterid.v-acuTnvaenmnInsiDrigut血tianGCLcitglDLsplayi.CdIorrrajispareDLtrShwU&itlEd.ii.at

13、cd!Z.Ke&.d-only-F-IPr口pe-rtii：Horn-HfSSDeignl-McdelerCamnd.扌|in8厂ShMMiddMtIfaicl-UmtETlu-ateiJValuePescjjptimCoTiTlAJld.CrQutABos*CoordLute.GlobalToLi.LOD-a/E.b/Z.Oro-E.15in.-L.OISlul.OnrTSLeaa.3inT3i=412.jSiiLZSi=e-vlwctK-6.15in(3)创建同轴馈线创建同轴的外导体AtLribut*Viluc-Umt盼4111日戈囲V.DescriptiEltad-oidyNbjhaO-

14、a-L-n-rIA1.LAfL11ajcnunrtrtvacuunrtr5:-IvaZnsid.4F厂Drignt.t.LiiGLabHr血扛1WrDi-splayi.r厂ColorEdit厂rrumpgiita.4rPropertie-i:Hom-HFSSDcsignl-Mcd?l?rCom-and.Kmc-Valu-Un.itE*alu.fttedValueDescript:onCom-uidC/a-ritaCYlLiidAr一CaoTd.Ln.-ai4.CeritcrFos.GlobalOutb/Z.-AlraitbiOinUTSici,.T9ZinJudY一KadiusHeicHta.

15、o&inO.Kina.3in0.BanMuster口0Cl*1HI厂Hiideal创建同轴的外导体XAttriMiteKeIli1VtluaUnitE7&lo4.tsd.V.D&Siriptioa9沁d-ml”HwiftInter厂IfllLHFL11nvx-zTj-xnrwina丁厂SolvilD5id.Orieatita-anGLabl厂Hodel-rDi-plAytfi.厂厂C：lrId.ilrrrmspareiitD厂IProprti-es!Horn-HFSSDesig仃1=McxlelerCcmmJ.SToneKol-uaUnitBvalu-atQdUoliuDcEsriptioaC

16、-amanJ.CoordLnate.CretCyLinjierGlobalCantwrTok.ChclfOi?lhCh口-4.92inKadiusD.D25LIla.OffiiT.JieichtD.3in+b/S13T5ijitri.DQ川卜厂ShowKLddeoL(4)布尔操作执行合并操作，将Horn、WR430和Outer3个物体合并成一个完整的物体模型。行相减操作，消除Horn和Inner两个模型(5)把喇叭天线的外表设置为理想导体边界条件PerfectEB-QLindarvName;|PerfE1InfiniteGroundPlaneUseDefaultsOKICancelI(6)设置

17、端口激励(7)设置辐射边界条件Propertitis;Hom-HFSSDrsignl-ModeleriTaiteValueUnitEveluiitcdV.DscrsptionRe亡卜iEss：AstLom厂Nit&rislCfffvacuum厂Solr-lustle厂OradtlGlold.rNodal厂HispidTl.厂厂ColDElit7rutsper0.8iaFir|SKjowHlUgt!Properries：Horn-HFSDesignlModelerProperries：Horn-HFSDesignlModelerJIiTiey&iujeUnitEvaluitedValueUs：C

18、onmoTidCr4.tgBcuCoordinateCiLabalP0silion-aliSlencit-bligl2=lenEthj-wleiLfi-lbrlesiEth-LI.4EiiiuT.日即a,-7.39aitISlzceH2*亡咤k22.QBinISLZfibHSxlangtliLT&4inZSizetflenslh.tplenslh.E+leDLsth3LOQia1tiaAKidd曲*4、求解设置(1)求解频率和网格剖分设置SolutionSetup(2)扫频设置5、设计检查ValidationCheck:Horn-HFSSDesignl6、查看分析结果(1)定义辐射表面FarF

19、ieldRadiationSphereSetupIntiTLlipktiFt!CoordinaSys七已叩Radia.口口Eur：elc:已N=jtie|EHPl：irL&PhiStarStUpS+epSt：=lT|-1SQ二|Stop|H80|坛二|StepSii|1degHSay.reAsIlefauLtsZwSreepFoint.确走取消帮肋St：=LfStupStepHHS：=lTihkzIlnfaiiltEih*Shvhh卫Foints.FarFieldRadiationSphereSetupInfiniteSphereCoordinateSystem|RidiationSurface|3DSpherePhiStarStOpStSir确定I取消I帮助I查看E面和H面上的增益方向图rContext墨Report:Horn-IHFSSDesig仃1-NewReport-NewTrace(s)TraceFamilies|FamiliesDisplay|PrimarySweeps)TbEtaluon:(setup1:LastAdaptive三|Geometry:|eHPlaneZlUpdateReport山dat