cst喇叭天线
手把手教你制作喇叭天线
手把手教你制作喇叭天线
1 喇叭天线简介
喇叭天线简介常见的喇叭天线主要由角锥喇叭（矩形喇叭）和圆锥喇叭，分别如图1.1、1.2 所示：
图1.1 角锥喇叭实物图
图1.2 圆锥喇叭实物图
从阻抗匹配的角度来理解，天线其实就是一个阻抗转换器，从传输线到自由空间（377 欧姆），一个通用的微波传输线就是波导（waveguide）一个空的引导电磁波传输的矩形管（hollowpipe），如果波导横截面的口径大于半个波长，那幺电磁波就能在其中以较低的损耗传输，并且如果波导终端打开，那幺电磁波就可以向自由空间辐射。
喇叭就是一个渐变的波导，它增大了辐射口径，可以获得较高的增益，而且制作简单，性能稳定，即便在较恶劣的环境中也能获得较好的方向图，下面我们就自己动手设计一个角锥喇叭天线，设计中将要用到两个软件：
HDL_ANT 和CST（或HFSS），分别用于设计和仿真。
喇叭天线
y=b/2,xz 面 z=0,xy 面
x=a/2,yz 面
H sin x sin t z ； H － H 0 sin x sin t z xt 0 2 2 h a h a a a H zt H 0 cos x cos t z a
H y x, y, z
n m
j m n m Emn cos x sin ye γz (10 94d ) 2 h a b a
j m n γz m H mn sin x cos ye 10 104b 2 h a b a n m m n γz m H x x, y, z 2 H mn sin x cos ye 10 104c a b a n m h n n γz m H y x, y, z 2 H mn cos x sin ye 10 104d b b a n m h E y x, y, z
E z x, y , z 0 n γz m H z x, y, z H mn cos x cos ye (10 103) a b n m j n n γz m Ex x, y, z 2 H mn cos x sin ye 10 104a h b b a n m
a=2b矩形波导中λc分布图
当λ>2a时，全部的模式被截止；当2a > λ>a时，只有TE10波存在，其它模 式被截止；当λ< a 时，才有其它模式存在，则当工作波长 a< λ<2a的条件 下。实现单模传输，而且单模传输的唯一模式就是TE10,模（矩形波导工作在 TE10单模传输情况下 ）。通常为了实现TE10模的单模传输选
浙江大学-电磁场与电磁波实验(第二次)
本科实验报告课程名称：电磁场与微波实验姓名：wzh学院：信息与电子工程学院专业：信息工程学号：xxxxxxxx指导教师：王子立选课时间：星期二9-10节2017年 6月17日CopyrightAs one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life.——Wzh实验报告课程名称：电磁场与微波实验指导老师：王子立成绩：__________________实验名称： CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型：仿真和测量同组学生姓名：矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真一、实验目的和要求1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。
2．熟悉 CST 软件的基本使用方法。
3．利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。
二、实验内容和原理1. 喇叭天线概述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。
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。
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，由于是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。
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。
图1 圆波导喇叭天线二、喇叭天线的发展和应用在微波波段，采用各种波导传输电磁波能量，常用的波导是矩形和圆形截面波导，也有用椭圆形截面波导的。
喇叭天线喇叭天线
一、课题背景电磁喇叭天线是最简单而常用的微波天线。
它的主要优点是结构简单，馈电简便，便于控制主面波束宽度和增益，频率特性好且损耗较小。
它由波导逐渐张开来形成，其作用是加强方向性，这与声学喇叭的原理相似。
若主模TE10的矩形波导的宽边尺寸扩展而窄边尺寸不变则称为H 面扇形喇叭；若窄边尺寸扩展而宽边尺寸不变，则称为E 面扇形喇叭；若矩形波导的两边尺寸都扩展，则称为角锥喇叭。
圆锥喇叭由载TE11模的圆形波导扩展而成。
可见喇叭天线起着将波导模转换为空间波的过渡作用，因而反射小，使其输入驻波比低且频带宽。
喇叭天线广泛用做各种反射面天线和透镜天线得到馈源，也用作微波中继站的独立天线和测试天线增益的标准天线。
(1)E 面扇形喇叭 (2)H 面扇形喇叭 (3)角锥喇叭 (4)圆锥喇叭图1 几种常见的喇叭天线喇叭天线就其结构来讲可以看成两大部分构成：一是波导部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。
波导部分相当于天线中的馈线，是提供喇叭天线信号和能量的部分。
喇叭天线可视为张开的波导。
喇叭的功能是在比波导更大的口径上产生均匀的相位波前，从而获得较高的定向性能。
矩形波导中的TE10模传输到波导和喇叭的口面时，口面上的波可以作为次级源再次辐射。
普通喇叭天线结构原理图如图2所示。
图2 喇叭天线结构辐射图T次 级源次级源二、喇叭天线尺寸计算2.1、公式推算本设计需要设计一个K 波段（18GHz-26.5GHz ），用WR-42矩形波导来馈电，最大增益大于15dB 的喇叭天线。
喇叭天线波导部分可百度查阅K 波段标准矩形波导尺寸得到，矩形波导的长度可选为 1.2*λ。
典型的角锥喇叭的尺寸如下图所示。
(1)几何结构(2)X-Y 面横截面(H 面)(3)Y-Z 面横截面(E 面)图3 角锥喇叭几何关系由[1]知H R 一定，有一最佳的喇叭口径宽度h a ，并发现其近似规律为H h R a λ3=(1)同理，E R 一定，有一最佳的喇叭口径宽度h b ，并发现其近似规律为H h R λ2b =(2)由图3(b)(c)根据相似三角形原理得：h H a aR R -=1(3) hE b bR R -=1(4) 224223432383ah a hhe G a e b G aa a πλπλ=+-(5) 直接求此4次方程的根相当复杂，但可以用数值计算的软件求解也可以用试凑法求解第一种近似解为G a h λ45.0=(6)喇叭天线的欧姆损失很小，因此其方向系数就是增益即a h h e b a G 24λπ=(7)设计步骤如下：1、用试凑法解出式(5)中的h a ，取51.0=a e 。
CST MS2010 L4 网格划分与材料
3. 最大与最小网格
• 最大网格由仿真的最大频率 对应的波长决定：
– 默认状态下每波长10个网格单 元 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
一个波长的划分
23
CST MS培训教程 L4 网格划分与材料
CST China Ltd | | info@
薄板类型材料
• 电磁场可透射的模型 • 只能赋到2维面上：
– 薄板厚度作为电参数而非物理尺寸参数存在
• 频变的趋肤深度参数被包含到模型里 • 用来建模一些导电的材料薄板，如碳纤维板、表面金属 化的塑料板、天线罩等 • 与所使用计算资源多寡正相关的参数：
CST China Ltd | | info@
在面上细分网格
• 未细分的面
• 网格细分后的面
11
CST MS培训教程 L4 网格划分与材料
CST China Ltd | | info@
– 薄板的面积（网格数目） – 薄板厚度（趋肤深度的个数）
24
CST MS培训教程 L4 网格划分与材料
CST China Ltd | | info@
薄板定义及其参数
• 相对介电常数 er • 相对磁导率 μr • 电导率 σ
– 随频变的参数
• 金属对于电磁场来说是不可穿透的 • 与频率相关的趋肤深度 • 实体金属被处理成“网格死区”： – 对其内部不进行计算 – 节约计算资源 • 可以观察到金属表面的表面电流 • 表面阻抗参数（Surface impedance (Z)） – 为与频率无关的参数模型 • 电导率（Conductivity (σ)） – 与频率相关的参数模型 • 相对磁导率 (μr)
喇叭天线设计
1 课题背景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。
合理地选择喇叭天线尺寸，可以获得很好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣和较高的增益。
因此，喇叭天线应用非常广泛，它是一种常见的天线增益测试用标准天线。
喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成：一是波导管部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。
波导部分相当于线天线中的馈线，是供给喇叭天线信号和能量的部分。
对工作于厘米波或毫米波段内的面天线，如采用线状馈线，将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上，所以，必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。
普通喇叭天线结构原理图如1.1所示。
图1.1 普通喇叭天线结构原理图HFSS全称为High Frequency Structure Simulator，是美国Ansoft公司（注：Ansoft公司于2008年被Ansys公司收购）开发的全波三维电磁仿真软件，也是世界上第一个商业化的三维结构电磁仿真软件。
该软件采用有限元法，计算结果精准可靠，是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。
HFSS采用标准的Windows图形用户界面，简洁直观；拥有精确自适应的场解器和空前电性能分析能力的功能强大后处理器；能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确。
使用HFSS，用户只需要创建或导入设计模型，指定模型材料属性，正确分配模型的边界条件和激励，准确定义求解设置，软件便可以计算并输出用户需要的设计结果。
HFSS软件拥有强大的天线设计功能，可以提供全面的天线设计解决方案，是当今天线设计最为流行的软件。
使用HFSS可以仿真分析和优化设计各类天线，能够精确计算天线的各种性能，包括二维、三维远场和近场辐射方向图、天线的方向性系数、S参数、增益、轴比、输入阻抗、电压驻波比、半功率波瓣宽度以及电流分布特性等。
喇叭天线原理
喇叭天线原理The principle of a horn antenna involves the use of a flared opening to direct and focus radio frequency (RF) signals. 喇叭天线的原理是利用张开的开口来引导和集中无线电频率（RF）信号。
This type of antenna is commonly used in wireless communications, radar systems, and radio telescopes. 这种类型的天线通常用于无线通信、雷达系统和射电望远镜。
The design of the horn antenna allows for efficient transmission and reception of RF signals, making it an important component in many technological applications. 喇叭天线的设计能够有效地传输和接收RF信号，使其成为许多技术应用中重要的组成部分。
One of the key principles behind the operation of a horn antenna is the concept of impedance matching. 喇叭天线工作的关键原理之一是阻抗匹配的概念。
Impedance matching is the process of ensuring that the impedance of the antenna closely matches the impedance of the transmission line or the device it is connected to. 阻抗匹配是确保天线的阻抗与传输线或连接的设备的阻抗紧密匹配的过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
题目：喇叭天线
作者1：胡庭班级11级通信五班学号1110405012
作者2：宋恒阳班级11级通信五班学号1110405029
喇叭天线的设计
一、实验目的：
1、熟悉CST软件的使用；
2、掌握喇叭天线分析和求解方法，喇叭天线基本设计方法；
3、利用CST软件对喇叭天线进行分析，掌握喇叭天线的规律和特点。
二、预习要求
1、喇叭天线原理。
2、CST软件基本使用方法。
三、实验原理
1天线的辐射场可利用惠更斯原理由口面场来计算。
口面场则由喇叭的口面尺寸与传播波型所决定。
可用几何绕射理论计算喇叭壁对辐射的影响，从而使计算方向图与实测值在直到远旁瓣处都能较好地吻合。
它的辐射特性由口面的尺寸与场分布决定，而阻抗由喇叭的颈部（始端不连续处）和口面的反射决定。
当喇叭长度一定时，若使喇叭张角逐渐增大，则口面尺寸与二次方相位差也同时加大，但增益并不和口面尺寸同步增加，而有一个其增益为最大值的口面尺寸，具有这样尺寸的喇叭就叫作最佳喇叭。
2 喇叭和角锥喇叭传播的是球面波，而在一个面（E或H面）张开的扇形喇叭中传播的则是柱面波。
喇叭口面场是具有二次方相位差的场，二次方相位差的大小与喇叭的长度和口面大小有关。
为了扩展喇叭的频带，必须减小喇叭颈处与口面处的反射。
口面尺寸加大，则反射减小。
此外，把波导与喇叭的过渡段尽量做得平滑些，也可以减小该处的反射。
由于该位置附近的喇叭尺寸还很小，因此，不能传播高次模，一般都传输单模。
为了控制辐射方向图，有时口面上需要多模场分布，这时应在喇叭内适当位置引入能产生高次模的器件。
这种喇叭叫作多模喇叭，可用作单脉冲雷达或高
效率天线馈源。
由于各模在喇叭内的相速不同，多模喇叭的频带比常规喇叭的要窄。
四、实验内容与步骤
1.点击打开软件选择如下图所示的图标
2.选择天线模板
3.设置单位
4.设置背景材料
5.定义结构
6.设置频率
7.设置边界条件
8.定义激励端口
9.设置监视器
10.设置远场监视器
11.设置求解器
12.分析结果
a)1D results 中观察
S11
b)方向系数，辐射效率
c)增益
d)方向图
e)Theta=90
phi
五、实验元器件、仪器、仪表
1、PC；
2、CST仿真软件。
六、心得体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的xxx老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。