X波段波导缝隙全向天线的仿真设计.pdfVIP

- 140 - Ansoft2004 年用户通讯 X 波段波导缝隙全向天线的仿真设计 成玲玲 倪文俊 蒋凡杰 （中国电子科技集团公司第51 研究所 上海201802 ） 摘 要：波导缝隙天线的严格解计算复杂，对于缝隙的诸多参数很难确定。本文用 Ansoft HFSS 9.2 电磁仿真软件对所设计的波导缝隙全向天线进行建模、计算分析，并进行参数扫描，得到了优化的尺寸 参数。根据该尺寸进行样品加工和测试，测试结果和仿真值相当吻合。 关键词：波导缝隙全向天线、 Ansoft HFSS、电磁仿真 一 引言 X 波段水平极化全向天线常用作雷达信标天线，应用场合相当广泛。其实现方法主要有圆波导开槽、同轴线型裂缝槽、 扁波导缝隙天线等形式。其中扁波导缝隙天线最具特点，它采用窄边极窄的矩形波导，在宽边上开几对互相相对排列的纵 向并联裂缝（即双面缝隙）。其结构简图如图 1。该天线具有体积小、重量轻、结构简单、成本低的特点。 a 馈电口 短路端面 图 1. 波导缝隙全向天线形式及尺寸 天线的主要尺寸参数有：波导宽边尺寸 a, 窄边尺寸 b, 缝隙长 L, 缝隙宽 w, 缝隙偏离波导宽边中心线距离 t, 缝隙间 距 p, 以及最后一对缝隙离波导顶端短路面的距离 D。 波导缝隙全向天线属于由驻波激励的谐振缝隙阵。对于这类天线的设计计算方法，诸多文献均有论述[1][2]。但参考 文献中对缝隙导纳的计算公式均是基于常规单面波导缝进行的，当用于扁波导双面缝隙时，存在一定偏差。以往设计时， 通常要经过大量的调试测试工作，才能最终确定天线尺寸参数，设计周期长、研制成本高、调试工作量大。所以必须要寻 求新的设计方法。 Ansoft HFSS 是基于有限元方法的高频电磁场仿真分析软件，能对任意三维结构的电磁场进行分析计算，并能得出特 性阻抗、S 参数、辐射场、天线方向图等结果。HFSS 9 还具有参数化建模、参数扫描分析、优化等功能，适合于天线等 电磁问题的求解。 本文利用 HFSS 9.2 进行波导缝隙全向天线的仿真设计，并根据设计结果进行了样品加工和电性能测试。 二 仿真设计方法 本文所设计的波导缝隙全向天线工作于 X 波段，用作雷达信标天线，其主要技术指标为： 工作频率： 9200～9500MHz 天线增益： ≧6dBi 极化形式： 水平极化 电压驻波比： ≦1.8:1 水平面方向图： 全向，不圆度≦±1dB 垂直面波瓣宽度：≧20 ° 根据指标要求，选择 3 对缝隙，先根据常规设计计算方法算出天线的初始尺寸，用 Ansoft HFSS 9.2 软件进行仿真设 计，得出优化的尺寸参数，并根据该参数加工样品和实际测试。具体过程如下。 Partners In Design Ansoft2004 年用户通讯 - 141 - 1. 确定初始尺寸 波导选择标准扁波导，其尺寸为 a ＝22.86mm, b ＝1.6mm。 在中心频率上，各个隙缝长度都处于谐振状态，缝隙中心间距 P 约为 λg/2 。 λ ⎛ λ⎞2 λ 1−⎜⎜λ ⎟⎟ g ⎝ c ⎠ P