2022年Ansoft软件在双极化喇叭天线设计中的应用 .pdf

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1、Ansoft2004年用户通讯 - 105 -Ansoft 软件在双极化喇叭天线设计中的应用刘埇 孙厚君 吕昕北京理工大学信息科学技术学院 100081 【摘要】 本文详细阐述了一种双极化喇叭天线。通过 Ansoft 公司提供的电磁场仿真软件 HFSS8.0 和 Optimetrics 对该天线进行的仿真、优化。并与实物测量结果进行了比较。证实对天线的设计和制作具有良好、可信的指导作用。 【关键词】 双极化喇叭天线 电磁场仿真 HFSS 1 引言 喇叭天线是最简单也是最通用的微波天线。喇叭天线的工作类似于声波提供方向性的喇叭筒，它起着由波导模到自由空间模光滑过渡的作用。喇叭天线具有增益高。电压

2、驻波比低和工作频带宽的特点，并且重量轻，容易制造，是1GHz 以上微波波段极为通用的天线。 双极化喇叭天线是基于喇叭天线的设计原理，可以发射两个互相垂直的极化电磁波的天线。设计中主要存在的问题是两个馈源的遮挡以及两个馈源的相互隔离、天线方向图的控制。本文中两个馈源的频率分别为4.55GHz和 67GHz 。 2 设计原理 简要介绍喇叭天线特性 喇叭天线口面振幅均匀时，方向性系数为AD24= 当口面振幅为余弦分布时，方向性函数024AD= 式中 A式口面几何面积，是有效面积。0A0AA ，为口面利用系数，当振幅余弦分布时 0.81 。 当口面为矩形，振幅按余弦分布时 口面场分布： 110cosD

3、xEEy= 2dB3?弧度： E 面：0.892DH面：1.181D FSLL（dB ）： E 面： -13.2 H 面： -23.0 ： 0.81 方向性函数： Partners In Design 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 106 - Ansoft2004年用户通讯E面：22sin?H面：211)2(1cos?-3 天线要求指标 天线极化方式正交线极化 ,发射为水平极化 ,接收为垂直极化 . 发射频

4、率 :60007000MHz 接收频率 :45005000MHz 接收频率 45005000MHz 天线增益 大于 13dBi 驻波比 小于 1.3 发射频率 60007000MHz 天线增益 大于 13dBi 驻波比 小于 1.3 4 仿真过程 z第一步 在 4.55GHz 频率下，作天线喇叭口面建模、仿真。建模图如下： z第二步 在 67GHz频率下，作天线喇叭口面建模、仿真。建模图如下： Partners In Design 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2

5、页，共 5 页 - - - - - - - - - Ansoft2004年用户通讯 - 107 -z第三步 在 67GHz频率下，波导同轴转换建模、仿真。建模图如下： z第四步 在 4.55GHz 频率下，波导同轴转换建模、仿真。建模上右图： z第五步 整体天线的建模、仿真。建模图如下： z第六步 结果优化 所有模型的初步仿真、计算后，应用 Optimetrics 软件作进一步的优化。 在两个频段内均得到比较理想的驻波曲线、方向图。 4.55GHz 附近驻波曲线图如下： Partners In Design 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

6、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 108 - Ansoft2004年用户通讯4.8GHz 方向图如下： H 面方向图 E面方向图 67GHz附近驻波曲线图如下： 6.5GHz 方向图如下： H面方向图 E面方向图 由以上图表见仿真结果已达到设计要求指标。 5 设计要求与实测结果对比及实物照片 天线极化方式正交线极化,发射为水平极化,接收为垂直极化. 发射频率 :60007000MHz 接收频率 :45005000MHz 目标参数测量参数发射频率60007000MHz 天线增益大于 13dBi 1

7、7dBi 驻波比小于 1.3 小于 1.3 Partners In Design 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - Ansoft2004年用户通讯 - 109 -目标参数测量参数接收频率45005000MHz 天线增益大于 13dBi 16dBi 驻波比小于 1.3 小于 1.23 实物照片如下： 6 讨论 比较以上仿真结果和实际测试结果，可见两者结果基本吻合。由于在实物的制作过程中加工的工艺等诸多因素，在具体的测试时还需有手工调试环节。所以，仿真结果同实际测试结果不尽相同。 总之，在双极化喇叭天线的设计过程中由于采用了 Ansoft8.0 仿真设计软件使设计任务顺利得以完成。从而肯定了 Ansoft8.0 对于微波电磁场仿真的指导意义。 参考文献： 【1】 王新稳 微波技术与天线 【2】 康行建 天线原理与设计 【3】 白光弘 天线原理与应用 Partners In Design 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -