建模、分析和比较喇叭天线

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这个例子展示了如何对不同类型喇叭天线的增益进行建模、分析和比较。喇叭天线本质上是波导的一部分，其中开放端展开，以提供过渡到自由空间的区域。这种天线是波导传输线的简单发展。有可能让一个波导打开，让信号辐射，但这是没有效率的。沿波导传递的信号会突然从波导转移到自由空间，这导致信号沿波导反射回来，成为驻波。为了克服这个问题，波导可以向外逐渐变细或展开，以提供从波导阻抗到自由空间阻抗的渐变过渡。

矩形的角

这种喇叭天线有一个矩形波导，通常由单极子馈电。在这种喇叭中，扩光在矩形波导的e面和h面壁都进行。喇叭的孔径为矩形。下面列出的参数将用于建模这种类型的喇叭。

喇叭口的长度

FW =喇叭的光斑宽度

FH =喇叭的光晕高度

L =波导的长度

W =波导的宽度

H =波导的高度

例如:

FL = 0.0348;弗兰克-威廉姆斯= 0.035;跳频= 0.035;L = 0.03;W = 0.024;H = 0.012;FO = 0.01 [0];ant1 =角(“FlareLength”,,“FlareWidth”弗兰克-威廉姆斯,“FlareHeight”跳频,“长度”L,.．.“宽度”W,“高度”H,“FeedOffset”FO);显示(ant1);

图中包含一个axes对象。标题喇叭天线单元的轴对象包含贴片、曲面3个类型的对象。这些对象表示PEC、feed。

锥形角

这个圆锥形的喇叭有一个圆形的波导。这种天线的孔径是圆形的而不是矩形的，从波导中伸出一个锥形结构。下面列出的参数将用于建模这种类型的喇叭。

R =圆波导的半径

WH =圆形波导的高度

CH =圆锥的高度

AR =锥体的孔径半径

例如:

R = 0.012;WH = 0.03;CH = 0.0348;基于“增大化现实”技术= 0.035;ant2 = hornConical (“半径”R“WaveguideHeight”WH,“ConeHeight”CH,“ApertureRadius”基于“增大化现实”技术);显示(ant2);

图中包含一个axes对象。标题为hornConical天线单元的axis对象包含三个类型为patch、surface的对象。这些对象表示PEC、feed。

锥形波纹喇叭

波纹喇叭天线就像圆锥喇叭的扩展，有一些额外的功能。这种天线由覆盖在锥体内表面的槽或槽组成。通常，这种类型的喇叭有5到6波纹每个波长。

z1 =第一波纹距离，从波导末端到第一波纹的距离。圆锥体表面的波纹从金属开始，接着是凹槽，沿着圆锥体的长度不断重复。因此，从波导的末端到第一凹槽末端的距离被测量

p =间距，两个连续波纹之间的距离。波纹的数量可以通过这个属性来控制

w =波纹宽度，凹槽或波纹的宽度。

d1=波纹深度，波纹的深度。通常情况下，depth被选择为等于0.25 $λ$

例如:

z1 = 0.006;p = 0.002;w = 0.0008;d1 = 0.004;基于“增大化现实”技术= 0.018;ch = 0.0348;ant3 = hornConicalCorrugated (“FirstCorrugateDistance”z1,“节”、磷、“CorrugateWidth”.．.w,“CorrugateDepth”d1,“ConeHeight”ch,“ApertureRadius”基于“增大化现实”技术);显示(ant3);

图中包含一个axes对象。标题为hornconical波纹天线元素的axes对象包含三个类型为patch、surface的对象。这些对象表示PEC、feed。

波纹喇叭的横断面图

xlim (60 [0]);zlim ([0 10]);视图(-88年,35);

图中包含一个axes对象。标题为hornconical波纹天线元素的axes对象包含三个类型为patch、surface的对象。这些对象表示PEC、feed。

矩形波纹喇叭

矩形波纹喇叭是喇叭天线的一种延伸，沿耀斑的宽度和高度有波纹。

喇叭口的长度

FW =喇叭的光斑宽度

FH =喇叭的光晕高度

L =波导的长度

W =波导的宽度

H =波导的高度

第一次起皱距离

CD = CorrugateDepth

例如:

FL = 0.0348;弗兰克-威廉姆斯= 0.035;跳频= 0.035;L = 0.03;W = 0.024;H = 0.012;FCD = 0.01;CD = (0.005 - 0.0075);ant4 = hornCorrugated (“FlareLength”,,“FlareWidth”弗兰克-威廉姆斯,“FlareHeight”跳频,“长度”L,.．.“宽度”W,“高度”H,“FirstCorrugateDistance”FCD,“CorrugateDepth”、光盘);显示(ant4);

图中包含一个axes对象。标题为horn瓦楞天线元素的axes对象包含三个类型为patch、surface的对象。这些对象表示PEC、feed。

应用程序

喇叭天线广泛应用于卫星通信中，是卡塞格伦抛物面反射器天线的馈电天线。这些天线将波束导向反射器。让我们比较一下这些天线在这些应用中提供的增益。

为卡塞格伦望远镜天线与角作为激励子，分析在10 GHz下的模式。创建一个PatternPlotOptions对象来调整图形的大小。

ant5 =卡塞格伦望远镜;ant5.Exciter = ant1;ant5.Exciter.Tilt = 270;ant5.Exciter。TiltAxis = (0 0 1);阿兹= 0:2:360;el = 90:1:90;patOpt = PatternPlotOptions;patOpt。magnudescale = [-15 35]; pattern(ant5,10e9,az,el,“patternOptions”, patOpt);

为卡塞格伦望远镜天线与hornConical作为激励子，分析在10 GHz下的模式

ant5.Exciter = ant2;ant5.Exciter.Tilt = -90;图;模式(el ant5, 10 e9, az,“patternOptions”, patOpt);

为卡塞格伦望远镜天线与hornConicalCorrugated作为激励子，分析在10 GHz下的模式。与其他喇叭相比，波纹喇叭天线提供的增益更多，这是由于波纹的深度和波形的间距导致了较低的侧瓣。

ant5.Exciter = ant3;ant5.Exciter.Tilt = -90;图;模式(el ant5, 10 e9, az,“patternOptions”, patOpt);

为卡塞格伦望远镜天线与hornCorrugated作为激励子，绘制10 GHz的辐射图。

ant5.Exciter = ant4;ant5.Exciter.Tilt = 270;ant5.Exciter。TiltAxis = (0 0 1);图;模式(el ant5, 10 e9, az,“patternOptions”, patOpt);

结论

喇叭天线通常具有较高的天线增益和相对容易制造的定向辐射图样。

参考文献

王晓东，“优化波形表面的锥形喇叭与波形喇叭的比较”，中国机械工程学报，2011,pp. 1-3。

[2] R. P. Jadhav, V. Javnrakash Dongre和A. Heddallikar，“基于同轴馈电和改进的x波段圆锥喇叭天线设计”，2017年计算、通信、控制和自动化国际会议，普纳，2017年，第1-6页。

另请参阅

卡塞格兰天线的设计与分析