喇叭天線的設(shè)計1206030201

1、 微波技術(shù)與天線課程設(shè)計角錐喇叭天線 姓名：吳爽 學(xué)號：1206030201 目錄一角錐喇叭天線基礎(chǔ)知識31.口徑場32.輻射場43.最佳角錐喇叭74. 最佳角錐喇叭遠場 E 面和 H面的主瓣寬度7二角錐喇叭設(shè)計實例71.工作頻率82.選用作為激勵喇叭的波導(dǎo)83.確定喇叭的最佳尺寸84.喇叭與波導(dǎo)的尺寸配合95.天線的增益106.方向圖10一角錐喇叭天線基礎(chǔ)知識角錐喇叭是對饋電的矩形波導(dǎo)在寬邊和窄邊均按一定張角張開而形成的， 如下圖所示。矩形波導(dǎo)尺寸為a×b，喇叭口徑尺寸為DH×DE ，其E面(yz 面)虛頂點到口徑中點的距離為R ， H 面(xz 面)內(nèi)虛頂點到口徑中點的

2、距離為RE,H 面(xz 面)內(nèi)虛頂點到口徑中點的距離為RH。 1. 口徑場角錐喇叭內(nèi)的電磁場，目前還未有嚴格的解析解結(jié)果，原因在于，角錐喇叭在 x和 y兩個方向隨喇叭的長度方向均是漸變而逐漸擴展的， 因而要在一個正交坐標系下求得角錐喇叭內(nèi)的場的嚴格解析解是困難的。通常近似地認為，矩形角錐喇叭中的電磁場具有球面波特性，而且假設(shè)角錐喇叭口徑面上的相位分布沿x和 y兩個方向均為平方律變化。按此假設(shè)，可寫出角錐喇叭的口徑場為： （1.1）如果是尖頂角錐喇叭，則 RH RE ，可用作標準增益喇叭。若是楔形喇叭，則RH RE 。由此口徑面場分布計算的遠場與實測的結(jié)果吻合的很好，說明了假設(shè)的口徑場分析模型

3、的正確性。2. 輻射場由角錐喇叭的口徑場分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭遠區(qū)輻射場的步驟，就可以求出角錐喇叭的遠區(qū)輻射場表達式。由于計算過程較繁，這里直接給出結(jié)果。 （2.1） 其中： （2.3） （2.4） (2.5) (2.6) （2.7） 角錐喇叭的 E面和 H面場為： (2.8)在角錐喇叭的 DE、RE、DH、RH與扇形喇叭的相同時，可以證明:角錐喇叭在 E面的方向圖與 E面扇形喇叭的 E面方向圖相同； 角錐喇叭在 H 面內(nèi)的方向圖與 H 面扇形喇叭在 H 面內(nèi)的方向圖相同。 確定(取 / =1 )。繪出的幅度三維圖及 E面和 H面方向圖如下圖所示：3.最佳角錐喇叭是指角錐喇

4、叭的尺寸在 H面和 E面分別取最佳，即最大相差 (3.1)這樣，就可使角錐喇叭的增益為最大.4. 最佳角錐喇叭遠場 E 面和 H面的主瓣寬度 Z由于在相同的 RE和 DE 條件下， 角錐喇叭的E面方向圖與 E面扇形喇叭的E面方向圖相同，在相同的 RH和 DH條件下，角錐喇叭的 H 面方向圖與 H 面扇形喇叭的方向圖相同，則最佳角錐喇叭 E 面和 H 面方向圖的主瓣寬度分別由式(4.1)和(4.2)表示，即：20.5H=1.396/D1 rad=80/D1(°) (4.1)20.5E=0.94/D1 rad=54/D1(°) (4.2)角錐喇叭作天線時，可按此要求設(shè)計。二角錐

5、喇叭設(shè)計實例1. 工作頻率學(xué)號：12060302011000+50+1500=2500MHZ波長=c/f=0.1176m2.選用作為激勵喇叭的波導(dǎo)波導(dǎo)的尺寸a,b應(yīng)保證波導(dǎo)內(nèi)只傳輸TE10波。因此選取 a=0.72= b=0.343.確定喇叭的最佳尺寸垂直極化，電場方向垂直于地面已給定波束寬度 水平面：20.5H=1.396/D1 rad=80/D1(°) 求得 D1=0.9408m （20.5H=10） 垂直面：20.5E=0.94/D1 rad=54/D1(°) 求得 D2=0.42336m （20.5E=15）確定尺寸D1，D2喇叭尺寸確定后，由喇叭最佳尺寸公式：RH

6、=D12/3RE=D22/2求出喇叭的長度：RH=2.5m RE=0.762m4.喇叭與波導(dǎo)的尺寸配合對于角錐喇叭天線，最后確定其尺寸時，還要考慮喇叭有波導(dǎo)在頸部的尺寸配合問題，如下圖所示：aRHLHD1bRELED2根據(jù)幾何關(guān)系得出：代入LE=LH得到關(guān)系式：驗證：而0.995116將RE修改為5.天線的增益=45.5 Db6.方向圖理論計算公式：角錐喇叭E面方向圖和H面方向圖分別為對應(yīng)的E面扇形喇叭的E面方向圖和H面扇形喇叭的H面方向圖。E面方向圖： 其中： H面方向圖： 其中： <余弦Fresnel積分> <正弦Fresnel積分>Matlab源程序：E面方向圖c

7、lcclear%a=input('請輸入角錐輸入端寬度（H面）單位mm a=')a=8.5;a=a*10.(-3);%b=input('請輸入角錐輸入端寬度（E面）單位mm b=')b=4;b=b*10.(-3);%D1=input('請輸入角錐口徑寬度（H面）單位mm A=')D1=94;D1=D1*10.(-3);%D2=input('請輸入角錐口徑寬度（E面）單位mm B=')D2=42.3;D2=D2*10.(-3);%h=input('請輸入喇叭口長度 單位mm&

8、#160;H=')h=227;h=h*10.(-3);%f=input('請輸入工作頻率 單位0.1MHZ f=')f=25500;f=f*10.6;lamd=3*10.8/f;R2=h/(1-b/D2);theta=-60:0.2:60;k=2*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;t1_1=sqrt(k/(pi*R2).*(-(D2/2)-R2.*sin(theta1);t2_1=sqrt(k/(pi*R2).*(D2/2)-R2.*sin(theta1);EE=exp(j.*(k.*R2.*(sin(theta1)./2).

9、*F(t1_1,t2_1);FE=-j.*(a*sqrt(pi*k*R2)/8).*(-(1+cos(theta1)*(2/pi)*(2/pi).*EE);FE1=abs(FE);FE1=FE1./max(FE1);FEdB=20*log10(FE1);figure(1)plot(theta,FEdB);grid ontitle('角錐喇叭E面方向圖')xlabel('Angle(theta)/ circ')ylabel('Gain(theta)')H面方向圖R1=h/(1-a/D1);theta=-60:0.2:60;k=2

10、*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;kx_1=k.*sin(theta1)+pi/D1;kx_11=k.*sin(theta1)-pi/D1;f1=kx_1.*kx_1*R1/(2*k);f2=kx_11.*kx_11*R1/(2*k);t1_1=sqrt(1/(pi*k*R1).*(-(k*D1/2)-kx_1*R1);t2_1=sqrt(1/(pi*k*R1).*(k*D1/2)-kx_1*R1);t1_11=sqrt(1/(pi*k*R1).*(-(k*D1/2)-kx_11*R1);t2_11=sqrt(1/(pi*k*R1).*(k*D1/2)-kx_11*R

11、1);FF=exp(j.*f1).*F(t1_1,t2_1)+exp(j.*f2).*F(t1_11,t2_11);FH=j.*(b/8).*sqrt(k*R1/pi).*(1+cos(theta1).*FF);FH1=abs(FH);FH1=FH1./max(FH1);FHdB=20*log10(FH1);figure(1)plot(theta,FHdB);grid ontitle('角錐喇叭H面方向圖')xlabel('Angle(theta)/ circ')ylabel('Gain(theta)')所用子函數(shù)F：%F(t1,t2)=C(t2)-C(t1)-jS(t2)-S(