hfss中文教程 182-199 圆波导喇叭天线

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第二节 圆波导管喇叭天线

双模式喇叭型波导管

这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个圆波导管喇叭天线。

F. 5.2.1

微波仿真论坛组织翻译 第122 页

一.Ansoft HFSS设计环境

Ansoft HFSS的以下特性将会应用到此无源器件的模型中

1．3D立体建模

原始结构：圆柱体（Cylinders）

布尔运算：结合（Unite），相减（Subtract），连接（Connect）

2．边界条件和激励

端口：波端口（Wave ports）

边界：辐射

3．结果：

辐射图（Radiation Pattern）

二.设计回顾

一）端口尺寸/类型

由于端口位于模型外部，我们可以用波端口。端口的尺寸由波段口的物理尺寸决定。因为波段口是圆形的，我们必须为端口定义极化电场。

二）自由空间

1．由于要评估辐射结构，我们需要为该辐射器件建立一个自由空间。可以用辐射边界（Radiation

Boundary）或完美匹配层（PML）来实现。由于其表面是圆柱形的，我们将采用辐射边界。

2．辐射边界要设定在辐射器件至少λ/4处，对于我们这个例子，取~λ/4（0.6in）

三.开始

一）启动Ansoft HFSS

1．点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。

二）设置工具选项

注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实以下工具选项已设置：

1．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>HFSS选项（HFSS Options）

2．HFSS选项窗口：

1）点击常规（General）标签

a．建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）：勾上。

b．用几何形状复制边界（Duplicate boundaries with geometry）：勾上。

2）点击OK按钮。

3．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>3D模型选项（3D Modeler Options）

4．3D模型选项（3D Modeler Options）窗口：

1）点击操作（Operation）标签

自动覆盖闭合的多段线（Automatically cover closed polylines）：勾上。

2）点击画图（Drawing）标签

编辑新建原始结构的属性（Edit property of new primitives）：勾上。

微波仿真论坛组织翻译 第123 页

3）点击OK按钮

三）打开一个新工程

1．在Ansoft HFSS窗口，点击标准工具栏中的新建图标，或者选这菜单中文件（File）>新建（New）。

2．从工程（Project）菜单中选择插入HFSS设计（Insert HFSS Design）。

F. 5.2.2

四）设置解决方案类型（Set Solution Type）

1．选择菜单中的HFSS>解决方案类型（Solution Type）

2．解决方案类型窗口：

1）选择模式驱动（Driven Model）

2）点击OK按钮。

F. 5.2.3

四.建立3D模型

一）设置模型的单位

1．选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>单位（Units）

微波仿真论坛组织翻译 第124 页

2．设置模型单位：

1）选择单位：英寸（in）

2）点击OK按钮

F. 5.2.4

二）设置缺省材料

1．利用3D模型的材料工具栏，选择真空（Vacuum）

F. 5.2.5

三）建立圆形波导

1．建立波导

1）选择菜单中的画图（Draw）>圆柱Cylinder

2）利用坐标输入栏，输入圆柱的位置：

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

3）利用坐标输入栏，输入半径：

dX：0.838，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

4）利用坐标输入栏，输入高度：

dX：0.0，dY：0.0，dZ：3.0，按回车键

2．设置名称：

1）在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

2）在名称值（V alue of Name）处输入：Waveguide

3）点击OK按钮

3．使模型适合视图：

选择菜单中的视图（View）>适合所有（Fit All）>当前视图（Active View）。或者按CTRL+D

键。

微波仿真论坛组织翻译 第125 页

F. 5.2.6

4．建立偏移坐标

1）选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>坐标系（Coordinate System）>建立（Creat）>相对坐标系（Relative CS）>偏移（Offset）

2）利用坐标输入栏，输入起点：

X：0.0，Y：0.0，Z：3.0，按回车键

5．建立转换区

1）建立过渡波导

a．选择菜单中的画图（Draw）>圆锥（Cone）

b．利用坐标输入栏，输入中心的位置：

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

c．利用坐标输入栏，输入下部半径：

dX：0.838，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

d．利用坐标输入栏，输入上部半径：

dX：0.709，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

e．利用坐标输入栏，输入高度：

dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.227，按回车键

2）设置名称：

a．在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

b．在名称值（Value of Name）处输入：Taper

c．点击OK按钮

6．建立偏移坐标

1）选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>坐标系（Coordinate System）>建立（Creat）>相对坐标系（Relative CS）>偏移（Offset）

2）利用坐标输入栏，输入起点：

X：0.0，Y：0.0，Z：1.227，按回车键

7．建立入口

1）建立入口

微波仿真论坛组织翻译 第126 页

a．选择菜单中的画图（Draw）>圆柱Cylinder

b．利用坐标输入栏，输入圆柱的位置：

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

c．利用坐标输入栏，输入半径：

dX：1.547，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

d．利用坐标输入栏，输入高度：

dX：0.0，dY：0.0，dZ：3.236，按回车键

2）设置名称：

a．在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

b．在名称值（Value of Name）处输入：Throat

c．点击OK按钮

3）使模型适合视图：

选择菜单中的视图（View）>适合所有（Fit All）>当前视图（Active View）。或者按CTRL+D

键。

8．组合对象

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择所有可见（Select All Visible）。或者按CTRL+A键。

2）选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>布尔运算（Boolean）>结合（Unite）9．改变名称

1）在模型（Model）树中，选择所显示唯一的对象

2）点击属性（Properties）按钮

a．在名称栏（V alue of Name）输入：Horn_Air

b．点击OK按钮

3）点击完成（Done）按钮

10．设置缺省材料：

1）利用3D模型的材料工具栏，点击选择（Select）

2）选择定义窗口：

a．在以名称搜索（Search by name）栏输入pec

b．点击OK按钮

F. 5.2.7

11．建立喇叭壁

1）选择菜单中的画图（Draw）>圆柱Cylinder

2）利用坐标输入栏，输入圆柱的位置：

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

3）利用坐标输入栏，输入半径：

dX：1.647，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

4）利用坐标输入栏，输入高度：

dX：0.0，dY：0.0，dZ：7.463，按回车键

微波仿真论坛组织翻译 第127 页

5）设置名称：

a．在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

b．在名称值（Value of Name）处输入：Horn

c．点击OK按钮

6）使模型适合视图：

选择菜单中的视图（View）>适合所有（Fit All）>当前视图（Active View）。

F. 5.2.8

12．完成喇叭

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择所有可见（Select All Visible）。或者按CTRL+A键

2）选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>布尔运算（Boolean）>相减（Subtract）

3）相减窗口：

a．被减部分：Horn

b．减掉部分：Horn_Air

c．在相减前克隆被减部分：不选

d．点击OK按钮

13．设置缺省材料：

利用3D模型的材料工具栏，选择真空（Vacuum）

14．建立空气

1）选择菜单中的画图（Draw）>圆柱Cylinder

2）利用坐标输入栏，输入圆柱的位置：

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

3）利用坐标输入栏，输入半径：

dX：2.2，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

4）利用坐标输入栏，输入高度：

dX：0.0，dY：0.0，dZ：8.2，按回车键

5）设置名称：

a．在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

b．在名称值（Value of Name）处输入：Air

c．点击OK按钮

微波仿真论坛组织翻译 第128 页

6）使模型适合视图：

选择菜单中的视图（View）>适合所有（Fit All）>当前视图（Active View）。

15．建立辐射边界

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

2）选择对象对话框

a．选择对象名称：Air

b．点击OK按钮

3）选择菜单中的HFSS>边界（Boundaries）>指定（Assign）>辐射（Radiation）

4）辐射边界窗口

a．名称：Rad1

b．点击OK按钮

16．建立波端口

1）建立一个代表端口的圆

a．选择菜单中的画图（Draw）>圆（Circle）

b．利用坐标输入栏，输入圆心位置

X：0.0，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

c．利用坐标输入栏，输入圆的半径

dX：0.838，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

2）设置名称：

a．在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）标签.

b．在名称值（Value of Name）处输入：p1

c．点击OK按钮

3）选择对象p1：

a．选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

b．选择对象对话框

a）选择对象名称：p1

b）点击OK按钮

F. 5.2.9

4）指定波端口激励

a．选择菜单中的HFSS>激励（Excitations）>指定（Assign）>波端口（Wave Port）

b．波端口：常规

a）名称：p1

微波仿真论坛组织翻译 第129 页

b）点击下一步（Next）按钮

c．波端口：模式

a）模式数目：2

b）对于模式1，点击无（None）栏并选择新线（New Line）

c）利用坐标输入栏，输入向量位置

X：-0.838，Y：0.0，Z：0.0，按回车键

d）利用坐标输入栏，输入向量的顶点

dX：1.676，dY：0.0，dZ：0.0，按回车键

e）极化电场：勾上

f）点击下一步（Next）按钮

d．波端口：后加工

e．点击完成（Finish）按钮

F. 5.2.10

17．建立偏移坐标系

1）选择菜单中的3D模型（3D Modeler）>坐标系（Coordinate System）>建立（Create）

2）利用坐标输入栏，输入原点

X：0.0，Y：0.0，Z：7.463，按回车键

18．建立辐射设置

1）选择菜单中的HFSS>辐射（Radiation）>插入远区场（Insert Far Setup）>无限大空间

（Infinite Sphere）

2）远区场设置对话框

a．无限大空间（Infinite Sphere）标签

a）名称：ff_2d

b）Phi：（开始：0，结束：90，步长：90）

c）Theta：（开始：-180，结束：180，步长：2）

b．坐标系（Coordinate System）标签

a）选择使用本地坐标系（Use local coordinate system）

b）选择RelativeCS3

c．点击OK按钮

微波仿真论坛组织翻译 第130 页

五.分析设置

一）建立分析设置

1．选择菜单中的HFSS>分析设置（Analysis Setup）>添加解决方案设置（Add Solution Setup）2．解决方案设置窗口

1）点击常规（General）标签

a．求解频率（Solution Frequency）：5.0GHz

b．最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：10

c．每次迭代允许的最大Delta S（Maximum Delta S per Pass）：0.02

2）点击OK按钮

六.保存工程

一）在Ansoft Hfss窗口，选择菜单中的文件（File）>另存为（Save As）

二）在另存为窗口，输入文件名：hfss_chorn

三）点击保存（Save）按钮

七.分析

一）模型验证

1．选择菜单中的HFSS>验证检查（V alidation Check）

2．点击关闭（Close）按钮

注意：利用信息管理器可按任意错误或报警信息。

二）分析

选择菜单中的HFSS>分析所有（Analyze All）

F. 5.2.11

八.创建报告

一）查看数据

1．选择菜单中的HFSS>结果（Results）>计算结果数据（Solution Data）

1）查看概况（Profile）：

点击概况（Profile）标签

2）查看收敛情况（Convergence）

点击收敛情况（Convergence）标签

注意：收敛情况的缺省方式为表格，选择画图（Plot）单选按钮来查看收敛数据的绘图

表示。

3）查看矩阵数据（Matrix Data）

微波仿真论坛组织翻译 第131 页

点击矩阵数据标签（Matrix Data）

注意：查看矩阵数据的实时更新，要建立最近合适（Last Adaptive）的Setup1的仿真2．点击关闭（Close）按钮

F. 5.2.12

二）远区场覆盖图

1．修改终端激励

1）选择菜单中的HFSS>场（Fields）>编辑源（Edit Sources）

2）编辑源窗口

a．源：p1：m1

a）比例因数：1

b）偏移：0

b．源：p1：m2

a）比例因数：1

b）偏移：90

c．点击OK按钮

2．建立远区场覆盖图

1）建立2D远区场极坐标图：

a．选择菜单中的HFSS>结果（Results）>建立报告（Create Report）

b．建立报告窗口：

a）报告类型：远区场（Far Fields）

b）显示方式：辐射图（Radiation Pattern）

c）点击OK按钮

c．轨迹窗口

微波仿真论坛组织翻译 第132 页

a）解决方案：Setup1：最新的（LastAdaptive）

b）几何形状（Geometry）：ff_2d

c）在扫频（Sweeps）标签

主扫描：在名称栏选择Phi，并在下拉菜单中选择Theta。

d）在Mag标签中

种类（Category）：增益（Gain）

质量（Quantity）：GainHCP, GainRHCP

函数（Function）：dB

e）点击完成（Done）按钮。

F. 5.2.13

微波仿真论坛组织翻译 第133 页

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SIW(基片集成波导) 喇叭天线

一种基于SIW(基片集成波导) 技术的喇叭天线 时间：2015-08-15 来源：天线设计网TAGS：SIW基片集成波导喇叭天线 随着现代通讯技术的发展，市场对通讯设备的效率要求越来越高，也相应的引发了对宽通带#高传输效率的实时视频设备及数据传输设备的研究"由于市场对低频无线通信设备的广泛应用，使得低频信道越来越拥堵"人们普遍把目光集中在高频波段，同时还要求射频电路组件结构要紧凑#质量轻便"所以大频率贴片天线成为研究趋势。 设计的 H 面喇叭天线，是一种电场辐射呈现喇叭天线辐射特性的孔径天线"这使得该天线具有较高方向系数"众所周知，波导结构在毫米波通信领域有着广泛的应用，它拥有诸多优点，但其缺点也非常明显，那就是尺寸结构太大#剖面太高，限制了这种天线在高性能卫星通讯系统和雷达系统中的应用"而随着基片集成波导( SIW) 技术的提出，使这个问题找到了解决的途径，即研究以基片集成波导为平台的天线"基片集成波导技术[天线设计网]就是在普通微带印制板上沿边缘开规则的金属过孔，以此来模拟波导的磁壁"应用这种技术制成的基片集成波导保留了大部分的传统波导的传输性质，同时也比传统波导尺寸更小#剖面更低和更易于平板电路的集成。 设计原理 天线总体分为 3 部分，在前端是由金属过孔和贴片上下金属表面共同围成的喇叭结构，与喇叭结构相连的是基片集成波导( siw) 构成的波导结构，最后用微带波导转换器进行馈电。显然，这种天线是一种微带印制板天线，所以天线尺寸会缩小。天线基板选用介电常数为10.2的 GaAs 板材，中心频率为26Ghz。 天线的馈电部分采用微带线——波导转[天线设计网]换结构，这种结构的前端是常规的50欧姆微带线，50欧姆微带线之后是一段呈锥型的过渡段，其作用是将微带线结构中传输的准TEM波转化为能在波导结构中传输的TM10波。经过优化计算得到 50欧姆微带馈线的尺寸如图 1所示。

圆波导喇叭天线的仿真与组阵..

圆波导喇叭天线的仿真与组阵 【摘要】：喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。CST目前是全球最大的纯电磁场仿真软件公司，提供完备的时域频域全波算法和高频算法，覆盖通信、国防、电子、电气、汽车、医疗和基础科学等领域。利用CST圆波导喇叭天线进行仿真与组阵，可以让我们更有效、方便地了解喇叭天线，对其特性作出判断。 关键词：CST；喇叭天线；仿真；组阵 引言： 传统的天线设计方法总是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，由于一般的书本理论均建立在近似分析的基础上，故设计初只能得到计算理论上的模型，而后根据实际实验进一步调整设计，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵。因此随着计算机技术的发展，采用现代计算机为基础的电磁场数值仿真、优化分析方法必将成为设计师的首要选择。可求解任意三维射频器件的电磁场分布，可直接得到特征阻抗、传播系数、S参数、辐射场、天线方向图等结果。自适应网格抛分技术、快速扫频、全波spice技术以及大矩阵快速压缩算法技术的应用大大提高了求解精度和速度。 一、圆波导喇叭天线介绍 喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便，方向图也比较简单而容易控制，一般作为中等方向性天线。频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。