基于HFSS的雙脊喇叭天線的設(shè)計與仿真

2 雙脊喇叭天線的仿真

按照上面雙脊喇叭天線的設(shè)計方法，利用電磁仿真軟件HFSS，此軟件擁有強大的天線設(shè)計功能，設(shè)計了1副1～18 GHz的天線并加工成型，它的仿真結(jié)構(gòu)如圖1所示，其具體尺寸為：喇叭口面240 mm×139 mm，喇叭底面86 mm×67 mm，短路板截面26 mm×16 mm，喇叭的軸向長度152 mm，用50 Ω同軸線饋電，N型接頭的芯線半徑為0.65 mm，插入的腔體半徑為1.5 mm，脊曲線方程為

為了分析所設(shè)計天線的方向圖，增益及駐波比，本文不僅給出了電磁仿真軟件HFSS的仿真結(jié)果，而且還給出了微波暗室的測量結(jié)果。為了對這兩個結(jié)果進行比較，將電磁仿真軟件HFSS得到的仿真數(shù)據(jù)和微波暗室得到的測量數(shù)據(jù)分別導入到MATLAB里面，通過MATLAB進行處理，得到了二者電性能特性的比較圖。從圖4可見，VSWR除了在低端1 GHz～1.6 GHz范圍內(nèi)較大外，其余工作點都小于2.5，滿足實際的工程要求。要觀看此天線的增益及方向性，由于頻帶太寬，測量和仿真得到的數(shù)據(jù)量太大，因此我們僅給出了不同頻段上典型頻率點的增益方向圖。其中圖5、圖6為低頻段中心頻點的H面及E面增益方向圖，由圖可見增益很理想，H面及E面都大于13 dB，3 dB主瓣寬度較小，波束集中，隨著頻率的升高增益開始慢慢下降，波束變寬且趨于平坦，當?shù)竭_整個頻帶的中心頻點10 GHz時，由圖7、圖8可見，H面增益降為11.5 dB，E面略有下降，3 dB主瓣寬度都增大了，隨著頻率繼續(xù)升高到達13 GHz時，由圖9、圖10可見，H面主瓣波束稍有波動，E面主瓣波束出現(xiàn)1 dB的凹陷，三維方向圖仍是單一的主瓣。當f≥15 GHz后，E面及H面方向圖都出現(xiàn)凹陷，三維方向圖才開始出現(xiàn)分裂，如圖11所示，隨著頻率的升高，直到18 GHz主瓣也沒有出現(xiàn)大的凹陷，性能參數(shù)明顯提高了，并且仿真的二維方向圖與測量的二維方向圖除了在兩側(cè)低副瓣區(qū)差異較大外(這主要是因為仿真和測量中饋電喇叭周圍的空間環(huán)境不相同而造成的)，在主瓣區(qū)基本是吻合的。這說明所給出的設(shè)計方案是合理的，對天線的電性能特性利用電磁仿真軟件HFSS的分析結(jié)果是有效的。

3 結(jié) 論

本文給出了一個寬帶雙脊喇叭天線的設(shè)計方法，并利用電磁仿真軟件HFSS具體設(shè)計了一幅1 GHz～18 GHz寬帶雙脊喇叭天線。仿真及測量結(jié)果都較為理想，可滿足更高的實際要求，對工程上設(shè)計此類天線具有一定的參考價值。