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 在分析喇叭天线时常用下列术语:喇叭口面积称为喇叭口径,与口径平行的截面称为横截面,通过轴线与喇叭管壁垂直的平面称为纵断面。纵断面为等腰梯形,若把梯形延伸到一交点O,则喇叭的纵断面为等腰三角形。图3.10给出了喇叭天线的设计参数示意图。
图中所示参数:口、6为矩形波导的口径,底边长D卜伤为矩形口径面的口径宽度,Rl、如为喇叭长度,c为喇叭高,角孙为口径张角。
按照上述计算所得的数据,在HFSS中对此喇叭天线建立模型如图3.1l:采用DIiv吼Modal的驱动模式,激励端口设置为waveP嘣。其中,在设定模型的边界条件时,将喇叭天线的金属壁设置为Pe依娥E,将喇叭天线的口径面设置为Pem斌H,用AirBox将天线的喇叭部分包括在内,并设置其为辐射边界条件Radi鲥onBourldary,由于天线是good辐射器件,为获得较高的计算精度,设计其距辐射体(天线)的距离为四分之一波长f3田。在天线的Atlalysiss咖p中,工作的中心频率定为10GHz,Ma)churn
N啪berof
Passes设为lO,Maxim啪Deltas PerPass设为O.02;在Adds恻中,起止频率分别设为8GHz和12GHz,以O.5G}Iz的问隔进行快速扫频。检查完边界条件确定无误后,即可进行仿真。
当同样设计胪lO的角锥喇叭天线时,计算可得参量分别为:D1佳;44.9I眦,D2佳-31.3mm,蜀-22.4rnm,R2=16.3ITm。从结果可以看出,当获得同样大的增益时,角锥喇叭天线的尺寸要明显小于H面喇叭天线。
下面采用另一种方式来设计很佳角锥喇叭,即选用E面和H面3dB波瓣宽度相等的天线。同样波导尺寸不变,要在10GH匕时获得增益22dB。具体公式推导见附录A。可获得所需喇叭天线参数如下:喇叭口径宽度D1(形)=175.4咖,喇叭口径高度伤(Ⅳ)=119.1mm,波导馈电口到口径面距离C(£)=267.5mm。据上述数据,在HESS中建立模型如图3.15所示。设置驱动模式,激励端口,模型的边界条件,AJlalysissetup等同H面喇叭天线。检查完边界条件后,进行仿真。
研究比较了微波仿真软件的特点,采用AnsoR公司的HFSS三维电磁场仿真软件对微波测湿中的无源元件进行了仿真设计,包括:波导吸收式可变衰减器、H面喇叭天线和角锥喇叭天线。
衰减器模型分别采用介质片涂敷吸波材料(石墨粉)方法,及在介质片两侧施加电阻边界条件方法,经仿真可得,后者可以达到较大的衰减量,满足微波测湿的需要,实际中可通过蒸镀高阻值的金属膜电阻(镍铬合金)来实现,且输入、输出端的驻波比较小,符
合设计要求。
设计了很佳增益H面喇叭天线及E面和H面3dB波瓣宽度相等的角锥喇叭天线,根据所要求的指标,给出了相应的模型。由仿真结果知,均可达到增益要求,且角锥喇叭天线的性能要好于H面喇叭天线,能获得较好的天线方向图,较大的增益和较小的电压驻波比,因此获得了为的应用,微波测湿中都采用此种天线。
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