基于HFSS的雙脊喇叭天線(xiàn)的設計與仿真

2 雙脊喇叭天線(xiàn)的仿真

按照上面雙脊喇叭天線(xiàn)的設計方法，利用電磁仿真軟件HFSS，此軟件擁有強大的天線(xiàn)設計功能，設計了1副1～18 GHz的天線(xiàn)并加工成型，它的仿真結構如圖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(cháng)度152 mm，用50 Ω同軸線(xiàn)饋電，N型接頭的芯線(xiàn)半徑為0.65 mm，插入的腔體半徑為1.5 mm，脊曲線(xiàn)方程為

為了分析所設計天線(xiàn)的方向圖，增益及駐波比，本文不僅給出了電磁仿真軟件HFSS的仿真結果，而且還給出了微波暗室的測量結果。為了對這兩個(gè)結果進(jìn)行比較，將電磁仿真軟件HFSS得到的仿真數據和微波暗室得到的測量數據分別導入到MATLAB里面，通過(guò)MATLAB進(jìn)行處理，得到了二者電性能特性的比較圖。從圖4可見(jiàn)，VSWR除了在低端1 GHz～1.6 GHz范圍內較大外，其余工作點(diǎn)都小于2.5，滿(mǎn)足實(shí)際的工程要求。要觀(guān)看此天線(xiàn)的增益及方向性，由于頻帶太寬，測量和仿真得到的數據量太大，因此我們僅給出了不同頻段上典型頻率點(diǎn)的增益方向圖。其中圖5、圖6為低頻段中心頻點(diǎn)的H面及E面增益方向圖，由圖可見(jiàn)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(zhù)頻率的升高增益開(kāi)始慢慢下降，波束變寬且趨于平坦，當到達整個(gè)頻帶的中心頻點(diǎn)10 GHz時(shí)，由圖7、圖8可見(jiàn)，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(zhù)頻率繼續升高到達13 GHz時(shí)，由圖9、圖10可見(jiàn)，H面主瓣波束稍有波動(dòng)，E面主瓣波束出現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面方向圖都出現凹陷，三維方向圖才開(kāi)始出現分裂，如圖11所示，隨著(zhù)頻率的升高，直到18 GHz主瓣也沒(méi)有出現大的凹陷，性能參數明顯提高了，并且仿真的二維方向圖與測量的二維方向圖除了在兩側低副瓣區差異較大外(這主要是因為仿真和測量中饋電喇叭周?chē)目臻g環(huán)境不相同而造成的)，在主瓣區基本是吻合的。這說(shuō)明所給出的設計方案是合理的，對天線(xiàn)的電性能特性利用電磁仿真軟件HFSS的分析結果是有效的。

3 結 論

本文給出了一個(gè)寬帶雙脊喇叭天線(xiàn)的設計方法，并利用電磁仿真軟件HFSS具體設計了一幅1 GHz～18 GHz寬帶雙脊喇叭天線(xiàn)。仿真及測量結果都較為理想，可滿(mǎn)足更高的實(shí)際要求，對工程上設計此類(lèi)天線(xiàn)具有一定的參考價(jià)值。