矩形口径喇叭天线设计
形口径喇叭天线设计名：王亚勇
级：通信0903
号：U200913841
2012/5/14
叭天线是一种广泛使用的微波天线，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获得良好的辐射特性，相当尖锐的主瓣和较高的增益。因次，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。下面我们用HFSS来设计喇叭天线并对其相关特性和参数进行仿真。
一．实验目的
1.通过实验熟悉使用HFSS.
2.设计一个S频段最佳增益矩形喇叭天线，理解矩形天线的原理，
理解天线各种参数。
二．实验内容
1.打开并运行HFSS后，设置求解类型
2.创建喇叭模型，分别在z=0和z=plength平面上创建大小为
a*b和a1*b1的平面
3.创建WR430波导模型
4.创建同轴馈线（1）同轴线的外导体
（2）同轴线的内导体
5.布尔操作
6.设置天线表面的外表面为理想导体的边界条件
7.设置辐射边界条件
三．求解设置
四．实验结果分析
（1）定义辐射表面
（2）查看E面和H面的增益方向图
（3）查看三维方向下的增益方向图
（4）查看回波损耗S11扫频结果
分析结果看当2.4Ghz时，S11为-15.356dB，天线的最大增益是20.2143dB，与设计要求的19dB接近，可见设计成功。
五，保存结果
至此，我们完成了矩形口径喇叭天线的设计分析，设计的喇叭天线的最大增益约为20db，与设计要求的19db接近，最后，单击保存按钮，在选择主菜单上的EXIT命令，退出HFSS。
喇叭天线地设计1206030201
微波技术与天线课程设计—— 角锥喇叭天线 ：吴爽 学号：1206030201
目录 一．角锥喇叭天线基础知识 (3) 1. 口径场 (3) 2. 辐射场 (4) 3.最佳角锥喇叭 (7) 4. 最佳角锥喇叭远场E 面和H面的主瓣宽度 (7) 二．角锥喇叭设计实例 (7) 1. 工作频率 (8) 2.选用作为激励喇叭的波导 (8) 3.确定喇叭的最佳尺寸 (8) 4.喇叭与波导的尺寸配合 (9) 5.天线的增益 (10) 6.方向图 (10)
一．角锥喇叭天线基础知识 角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定角开而形成的，如下图所示。矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)虚顶点到口径中点的距离为R H。 1. 口径场 角锥喇叭的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在x和y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭的场的严格解析解是困难的。通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x和y两个方向均为平方律变化。
按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为： η πβy X R y R x j H y E H e D x E E E H -==+-)2(022)cos( （1.1） 如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。 2. 辐射场 由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。由于计算过程较繁，这里直接给出结果。 ])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E r j H E r j I I r e E j E I I r e E j E θ?λθ?λβ?βθ+=+=-- （2.1） 其中：
螺旋天线原理与设计基础知识
一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好,其工作原理下： 图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。 一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。 从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为 t = πD/C 而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率 υ=ρ/t =ρ/C (πD) 这种关系也可用图2形式解释。由图2可知： υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C 由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。 对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出：
螺距：υ=L/N 所需金属线长度：ι=NπD 对于一般通讯机可取 L=20~40cm D=10~20mm 下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。 f是工作中心频率； D是螺旋天线直径； L是螺旋天线长度； N是螺旋圈数； ι是所需金属线长度。 以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。 制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。 以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。 为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。 设定参数如下：
天线理论与设计基本概念
基本电振子(赫兹偶极子) 电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。 立体角： 定义：立体角是以圆锥体的顶点为球心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。和平面角的定义类似。在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。 单位：steradian->sr=stereos+radian 球坐标系中计算：dΩ= ds /R2= ds=sin θ *d θ* dφ (sr) 辐射强度 定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。 计算： 物理意义：反应在给定方向上辐射的大小 辐射功率： 定义： 辐射效率 定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。 其中：为辐射电阻，为损耗电阻。 场强方向图： 定义：在固定距离r=r0的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。方向图函数
作图二维平面图：○1极坐标图○2直角坐标图 功率方向图： 在固定距离r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。方向图函数记为 按方向图特征的天线分类 各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。 方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多 全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性 波瓣： 半功率波瓣宽度： 定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的)的点的矢量所夹的角度。（3dB波瓣宽度）。E面和H面的半功率波瓣宽度分别用2θHPE 和2θHPH表示。 第一零陷波瓣宽度： 定义：从方向图的原点与主瓣的根部相切的矢量所夹的角度。用2θ0表示 副瓣电平（SLL）： 定义：副瓣峰值与主瓣最大值之比。
喇叭天线设计要点
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所示。 图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。
一种低剖面平面螺旋天线的设计
一种低剖面平面螺旋天线的设计 [ 录入者:天线微波 | 时间:2008-12-19 12:31:09 | 作者:景小东张福顺 | 来源:Error! Hyperlink reference not valid. | 浏览:498次 ] 摘要文章提出了一种低剖面平面螺旋天线的设计方法，用金属反射板代替传统的A ／4反射腔来实现螺旋天线的单向辐射，并在螺旋末端接以阻性负载，以改善天线的电性能。实验结果表明，对于工作频带为1．3GHz～2．1GHz的四臂平面阿基米德螺旋天线，在保证天线特性的前提下，整个天馈结构的厚度减小至17ram。 0 引言 平面螺旋天线由于其结构的自相似性，能在很宽的频带内辐射圆极化波，因而获得了广泛的应用¨J。平面螺旋天线的辐射是双向的，但在实际应用中，往往要求天线具有单向辐射特性。通常的做法是，在螺旋天线的一侧加装反射腔，并根据实际情况在腔内填充微波吸收材料。这种做法能使天线达到相当宽的频带(2GHz～18GHz) 』，但其最大的缺点是，由于微波吸收材料的存在，近一半的辐射能量将被吸收掉 J，这使得天线的效率大大降低；即使不填充吸收材料，反射腔A／4的高度又使得天线的厚度过大，这在某些应用中又令人难以接受。 文章根据四臂平面螺旋天线的原理，设计了相应的馈电网络，将其地板作为天线的平面反射器，代替A／4反射腔，并在螺旋终端接阻性负载，以减小由镜像电流引起的互耦对天线电性能的影响。 通过调整天线辐射器与馈电电路板的间距，在保证天线电性能的前提下，使天线厚度减薄至17ram，满足低剖面要求。 1 天线设计 1．1 平面阿基米德螺旋天线 平面螺旋天线的基本形式为等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线，在结构上又有单臂、双臂、四臂之分。文章采用四臂平面阿基米德螺旋天线，其结构如图1所示。其中螺旋臂1的两条边缘线满足的曲线方程分别为：
汽车天线设计指南(设计手册)
AAAA公司 汽车天线设计指南 工程部编制 2003年2月16日
前言 为便于公司产品设计人员设计、开发汽车天线时，在材料选择、连接方法、产品结构、配合公差和功能/性能方面，借鉴公司同类产品的经验，降低成本、减少失误，提高新产品的开发速度和质量，编制本设计指南，供公司设计人员设计、开发新产品时参考。 编者：
一、汽车天线的类型： 根据汽车天线的按装位置和结构分为： 1. 前窗隐藏式天线：这类天线按装在前窗的左侧上方，天线座按前窗的倾斜角度设置天线杆的倾斜角度，天线杆可全部缩进线座上的天线杆护管内。天线杆大多数是φ 2.5-3mm的不锈钢丝，也有部分是二节拉杆式的。 这类天线设计开发时，除考虑性能/功能、连接方法符合常规汽车天线的技术要求外：（见常规汽车天线的技术要求）a．必须根据顾客车身天线按装孔的中心距、偏移角度和天线的倾斜角度及车壳弧度，设计天线座的按装孔中心距、偏移角度、天线的倾斜角度和天线座底面弧度。保证天 线的可装配性。 b．根据整车厂的装配要求，线座垫片和线座的装配连接方法，必须设计为卡口装配，避免垫片和线座分离影响装 配速度。 c．选用合格的线座注塑材料，避免天线座开裂和老化（常用PP/PA）。 d．根据顾客的要求，选择合适的同轴电缆线，使天线的阻抗很好地与收音机的输出阻抗匹配。 2．前窗拉杆式天线： 这类天线按装在汽车前窗左侧下方，基本上都是拉杆式的，天线座与车身的接触面积很小，用自攻螺钉按装不需考虑
线座的底面弧度，只需考虑支架的中心高符合天线按装要求。 这类天线设计时除选择好外壳和支架的材料外，其它只要能满足常规汽车天线的技术要求。 3．前后侧板式隐藏天线： 这类天线按装在汽车上的前后侧板上，按装时只要拧紧线座上的螺母和支架上的螺钉。 这类天线设计时除需考虑满足常规汽车天线的技术要求外： a．必须考虑饰配件和基座与车身接触部位的弧面和车身弧面吻合。 b．必须考虑天线杆缩进护管内的终点位置，确保天线缩进天线护管后，天线帽堵住线座正极管口。 4．车顶天线： 这类天线一般都是轿车天线，按装在汽车顶棚的前侧/后侧。按装方法都是用固定在天线基座/斜座上的螺栓插进车壳孔内用螺母固定。定位方法有两种，一种是基座螺栓根部□14.7mm的方身定位，另一种是基座上除螺栓外，还在一定的距离内设置了一柱子和车身上的两个孔对应来固定天线的方向。 这类天线设计时除考虑满足常规汽车天线的技术要求外：a．按顾客车身按装孔的形状，设计基座螺栓的结构或螺栓与定位柱之间的距离。
天线原理与设计习题集解答_第8_11章
第八章口径天线的理论基础 (8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方法。 答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分： ①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题； 通过界面上的边界条件相互联系。 近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。 外部问题的求解主要有： 辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法； 等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。(8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。 答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。 在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。 B A l nds =? 光程长度： 在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。'' PdA P dA = 应用： ①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图 为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。 ②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可 用同样类似的方法求解。 (8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。 解：惠更斯元产生的场： (1cos) 2 SP j r S SP jE dE e r β θ λ -? =?+? ? 2 2 2) ( ) (z y y x x r S S SP + - + - =r , r sp>>D (最大的一边) 推广到球坐标系： sin cos sin sin cos x r y r z r θφ θφ θ =? ? ? =? ? ?= ? r= , S S x y r << Q
螺旋天线的仿真设计
一、设计题目：螺旋天线的仿真设计 二、设计目的： （1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。 三、设计要求： 螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。 螺旋天线通常用同轴线馈电，天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。 螺旋天线示意图如图1所示： 图1、螺旋天线
四、设计参数： 中心频率f=4GHz λ=75mm 螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm 螺旋线导线半径a=0.5mm 螺距s-0.2λ=15mm 圈数N=7 轴向长度l=Ns 五、设计步骤 在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mm，螺旋线的创建如下。 点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Axis改为Y。点击确认。选中该circle。点击Draw>Helix，输入X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入，输入dX:0 dY:0 dZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。 点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25 Y:0
天线设计
5. 2.4G PCB 天线设计 本节主要讨论的是2.4G PCB 天线，如果不考虑成本及体积，可以选用其它天线，如贴片天 线（小尺寸、中性能、中成本）或外置的鞭状天线（大尺寸、高性能、高成本），而PCB 天线是最低成本、中等尺寸，只要设计得当又能获得足够性能的天线。 本节中包括三种天线： ◆ 超小型PIFA 天线：用于Nano Dongle 的PCB 天线，由于PCB 空间受限，最大增益会 比其它几种天线小6dB 左右，即工作距离会短一半。由此天线及MCU 做成的完整板子大小为11mm*18mm 左右。 ◆ 正常PIFA 天线：用于Normal Module 的PCB 天线，所占PCB 空间最大，最大增益可 以达到1.5dB ，如PCB 面积足够，建议用此天线。由此天线做成的RF Module 板子大小为15mm*18mm 左右。 ◆ 正常Wiggle 天线：用于Normal Module 的PCB 天线，所占PCB 空间比第二种稍小， 增益也稍差1dB ，可以用于对体积稍有要求的无线终端，如对于空间比较紧凑的无线鼠标等设备。由此天线做成的RF Module 板子大小为13mm*18mm 左右。 5.1. 小尺寸Nano Dongle 用PIFA 天线设计 天线具体尺寸如下图（板材为两层FR4,板厚0.6mm ）： 其中天线线宽A ：0.15mm ；B ：0.25mm ；C ： 0.4mm 图表11 Nano Dongle PIFA 天线
天线性能S11如下，工作频段覆盖整个2.4G ISM 频段 : 图表12 Nano Dongle PIFA 天线S11 2D 和3D 增益如下，该天线最大增益只有－5dB 左右:
喇叭天线的设计1206030201
微波技术与天线课程设计——角锥喇叭天线 姓名：吴爽 学号：01
目录 一．角锥喇叭天线基础知识............. 错误!未定义书签。 1.口径场 错误!未定义书签。 2.辐射场 错误!未定义书签。 3.最佳角锥喇叭.................... 错误!未定义书签。 4. 最佳角锥喇叭远场 E 面和 H面的主瓣宽度错误!未定义书签。 二．角锥喇叭设计实例................. 错误!未定义书签。 1.工作频率 错误!未定义书签。 2.选用作为激励喇叭的波导....... 错误!未定义书签。 3.确定喇叭的最佳尺寸........... 错误!未定义书签。 4.喇叭与波导的尺寸配合......... 错误!未定义书签。 5.天线的增益................... 错误!未定义书签。 6.方向图....................... 错误!未定义书签。
一．角锥喇叭天线基础知识 角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，如下图所示。矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H。 1.口径场 角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在 x和 y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变
而逐渐扩展的， 因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内的场的严格解析解是困难的。通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x 和 y 两个方向均为平方律变化。 按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为： η πβy X R y R x j H y E H e D x E E E H - ==+-) 2(022 )cos( （） 如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。 2. 辐射场 由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。由于计算过程较繁，这里直接给出结果。 ] )cos 1([cos 2] )cos 1([sin 200H E r j H E r j I I r e E j E I I r e E j E θ?λθ?λβ?βθ+=+=-- （）
螺旋天线的制作参数
螺旋天线的制作参数 2009-08-01 20:01 我在论坛上混了一段时间了，到目前仍然没有作为，惭愧呀，由于兴趣所在，我找了天线原理书籍，其中介绍的螺旋天线有明确的参数和方法，这里我就把书中的内容简单转述一下吧。（高手就绕过吧） 首先了解一些基础部分： 1、我们的WLAN所使用的2.4GHz电磁波是行波，即电磁波的电场和磁场两者都与电波的传播方向相垂直。 2、我们的天线主要是利用电磁波中的电场分量来负载信息的 正题：螺旋天线的制作参数 我们制作螺旋天线是将铜丝绕着圆管一圈圈斜向上绕，角度绕过360度时算作是一圈，绕这一圈所使用的一匝铜线长度记为L，把上下相邻两圈的间距记作S，铜线形成的螺圈的实际半径记为R（就是PVC管的半径+铜线的横切面半径)，用这个半径R算出来的圆周长记为O.（有些符合不知如何输入，我只好用文字，锻炼大家的理解和想象能力了） L: 螺线旋转一圈的长度，； S:上下相邻两个螺圈的距离 R: 螺圈的半径（PVC管的半径+铜线的横切面半径） O：螺圈的周长（用R算出来的那个）， 对于波长和L长度的关系：（下面指的是比值） L/波长<0.5 ------------------------L小于0.5个波长，天线将工作于法向辐射模式 L/波长=(0.8到1.3)-----------------L居于0.8个波长到1.3个波长之间，轴向辐射模式（我们需要的） L/波长>1.3 -----------------------L大于1.3个波长，圆锥辐射模式 我们要的是轴向辐射模式 L对应的是工作波长，对于行波L可以取值范围是0.8～1.3个波长，我们最好就直接用一个波长，即12.6CM 算了 L 、S、O 三者的关系：L的平方=S的平方+O的平方 L>S ; L>O S和O关系不定 我们确定好L 长度之后，S 和O 是可以方便自定义的，这样我们可以去方便利用用不同口径的PVC管了 理论是这样说的，我还没有亲自去试验呢... 完整结构形象概样：1铜线绕在圆管上作为天线部分，圈数多点好； 2 反射金属板（约一个波长直径的圆，形状其实无关，主要看面积） 3 这两者不相接，相互距离尽量小些即可 接线方式： 将馈线接在铜线的一段，屏蔽层接反射板 补充说明： 1铜线绕多少圈及相应效果本书没有数据可查，我想至少要10多圈吧，可能是越多越好吧 2通过L 、S、O 三者的关系，我们可以利用上多种口径的PVC管，而不用拘泥了老外给出的数据了。这里L=12.6cm是固定的啦它就是2.45Ghz电波的波长，O约等于PVC管的周长（不是直径D呀，注意了,O=3.14*D），具体来说就是只要水管的直径D小4.01cm的原则上都是可以利用的。 3由于我没有条件去实践，所以不知到效果会是怎样，据某网页的计算软件来看，15圈左右就有25dB的增益，具体的我也不知道，还有赖于各位做一回排头兵，试一试并发布一下效果图，共同提高大家的水平！ 具体操作： 制作并不复杂，其实L 、S 、O 三者构成的是直角三角形，如下图，大家只要事先将实际尺寸的图线画在一张纸上面，然后贴在PVC管上面绕线的具体位置就一目了然了。看下图就会明白的了，很简单的！ 将图纸贴在PVC管上之后沿着对角线(L)绕铜丝就行了，不是很方便吗... 绕线位置图.jpg (31.97 KB)
螺旋天线设计
天线 ――螺旋天线物理尺寸对天线效率的影响 一、天线概览 绝大多数天线具有可逆性：即天线用作接收天线时的特性与其处于发射状态时的特性时相同的。 辐射方向图：表示给定距离下天线的辐射随角度的变化，辐射的强弱由离天线给定距离r处的功率密度S来评价。接收模式下，天线对于某方向来波的响应正比于辐射方向图上该方向的值。 方向系数：表示最大辐射强度于全空间均匀辐射时的平均辐射强度之比。 极化：描述了天线辐射时电场矢量的特征，瞬时电场矢量随时间的轨迹图决定波动的极化特性。 天线的输入阻抗：是天线终端电压与电流之比，通常的目的是使天线的输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配。 §天线分类 依据频率特性的不同，可以把天线分成四种基本类型。 ◎电小天线：天线的尺寸比一个波长l小很多。特征：很弱的方向性，低输入电阻，高输入电抗，低辐射效率。适合于VHF或更低的波段。如短振子，小环。 ◎谐振天线：在谐振频率点或某个窄频带内工作令人满意。特征:低或中等增益，实输入阻抗，带宽狭窄。主要用于HF到低于1GHz的频段。如半波振子，微带贴片，八木天线。 ◎宽带天线：在一个很宽的频率范围内，方向图、增益和阻抗几乎是常数，并且能够用有效辐射区的概念表述其特征，该区域在天线上的位置随频率的变化而变化。特征：低到中等增益，增益恒定，实输入阻抗，工作频带宽。主要用于VHF直至数个GHz的频段。如螺线天线，对数周期天线。 ◎口径天线：由一个供电磁波通过的开放的物理口径。特征：高增益，增益随频率增大，带宽中等。用于UHF和更高的频段。如喇叭天线，反射面天线。 §天线的电气特性 （1）方向特性――方向图（BW0.5，FSLL）、方向系数D、增益G。 （2）阻抗特性――输入阻抗Zin、效率 2 640 r h R l 骣 ÷ ? ?÷ ?÷ ?桫 A h，（辐射阻抗Z S） （3）带宽特性――带宽、上限频率f1，下限频率f2。（4）极化特性――极化、极化隔离度。
基于HFSS的圆锥喇叭天线设计
本科生科研训练结题报告——基于HFSS的圆锥喇叭天线设计 学院（系）：电子工程与光电技术学院 姓名、学号：郝晓辉1104330111 席家祯1104330126 白剑斌1104330105 指导老师：钱嵩松
摘要 天线是对任何无线电通信系统都很重要的器件，其本身的质量直接影响着无线电系统的整体性能。天线可分为简单线天线，行波天线，非频变天线，缝隙天线与微带天线，面天线和智能天线等。圆锥喇叭天线属于面天线。 本文首先介绍了天线的基础知识和基本参数，其中着重介绍了喇叭天线及其设计,接着介绍了网络S参数及软件HFSS。在此基础上，进行了圆锥喇叭天线的设计，最后在软件HFSS中进行了仿真。 本文对圆锥喇叭天线的设计提供了一定的参考作用。 关键词：圆锥喇叭天线；仿真 Abstract Antenna is an important part in any radio communication systems.The quality of antenna can affect the performance of whole systems.Antenna can be divided into simple Wire Antenna，Traveling-Wave Antenna，Frequence-Independent Antenna，Slot Antenna and Microstrip Antenna，Aperture Antenna，Smart Antenna and so on.Cone horn antenna is one of the Aperture Antenna. In this paper,basic knowledge and basic parameters of antenna are presented firstly ,especially the horn antenna and its design be emphasized.Then S-parameter and HFSS software are briefly introduced. In the base of above ,the cone horn antenna is designed.At last ,the antenna is simulated in HFSS. This paper provides the reference to cone horn antenna. Keywords：conic horn antenna;simulation
螺旋天线的仿真设计微波课设
太原理工大学现代科技学院 课程设计任务书
指导教师签名：日期：
专业班级 学号 姓名 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线（helical antenna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地 的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4GHz ， λ=75mm ； ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ； 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ； 螺距 s=0.25λ=18,75mm ； 圈数 N=3； 轴向长度 l=Ns ； 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程 运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert Hfss Dessign ，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。 （2）在弹出的Solution Type 窗口中 （a ）选择Driven Modal 。 （b ）点击OK 按钮。 3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。 （2）设置模型单位： （a ）在设置单位窗口中选择：mm 。 （b ）点击OK 按钮。 4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper （铜）材料， 点击OK 按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型 （1）创建螺旋线Helix 。 在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 …………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………
螺旋天线设计制作
螺旋天线设计制作 2010-02-25 16:58 本文摘自《现代通信》1991年12期第26页 袖珍通讯机用天线的设计和制作 曹志宇 袖珍通讯机由于体积小，重量轻，使用方便等优点而被广泛应用于社会各部门，这种机器现在广泛应用一种螺旋天线，一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。其工作原理下： 图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。
一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。 从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为 t = πD/C 而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率υ=ρ/t =ρ/C (πD) 这种关系也可用图2形式解释。由图2可知：
υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C 由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。 对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出： 螺距：υ=L/N 所需金属线长度：ι=NπD 对于一般通讯机可取 L=20~40cm D=10~20mm
下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。 f是工作中心频率； D是螺旋天线直径； L是螺旋天线长度； N是螺旋圈数； ι是所需金属线长度。 以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。 制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。 以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。 为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。 设定参数如下：
天线设计(改)
折叠分支结构三频平面倒F天线(PIFA)设计 S1008006 徐丽 1.PIFA天线简介 天线分为内置与外置，外置主要使用螺旋或者PCB，螺旋天线一般带宽比较好也比较常用，PCB 天线比较容易调频率易于设计，但爱立信有两项重要专利，所以在欧美市场上很少其他厂商使用。还有一种假内置天线，其实就是外置天线的内置，性能相对比较差，一般不推荐使用。内置天线而言，主要是PIFA与MONOPOLE天线。 平面倒F天线(PIFA)因其具有尺寸小，重量轻且后向辐射小等优点而成为目前内置天线的主要形式。PIFA的结构示意图如下： 图1 PIFA结构示意图 PIFA的演变过程可以从技术和理论两个不同的方面考虑。从技术方面来说，它是由单极天线演变而来；从理论方面，PIFA可以由微带天线理论发展而来。下面详细介绍。 1)由单极天线演变而来 传统的手机天线一般是单极或偶极天线，制作简单，但尺寸较大不易共形。将单极子折倒形成倒L天线。倒L天线剖面较低，也有着比较好的全向辐射特性。但由于将振子折倒从而形成了对地电容分量，其输人阻抗呈现低阻值高阻抗的特性，难以进行阻抗匹配。为了平衡倒L天线由于振子折倒而形成的对地容抗分量，在振子弯折处加载短路结构。该短路结构所具有的感性分量补偿振子弯折所形成的对地容性分量，从而在不改变天线谐振频率的同时，达到变换阻抗的目的。但是由于线形倒F天线频带窄，通常不到中心频率的百分之一，为了展宽频带，用平板结构来代替导线部分。由于平面部分相当于许多线形天线阻抗的并联，因此平面型天线比线形天线的输入阻抗要低一些，产生了宽带的谐振特性。从而形成了平面倒F天线。上述内容可用图2生动表示：
缝隙螺旋天线及其小型化设计
缝隙阿基米德螺旋天线及其小型化设计 摘要：本文介绍了缝隙形式的平面阿基米德螺旋天线并与普通平面阿基米德螺旋天线进行了对比。在此基础上提出了一种将缝隙设计成曲折线的形式，末端采用电阻加载，采用直接同轴馈电的方式，浅背腔的设计，从而达到将平面螺旋天线小型化的目的。制作的小型化天线直径大小只有75mm厚度12mm，在0.9-4GHz的频带范围内有良好的阻抗特性和增益特性，满足工程使用的要求。 关键词阿基米德螺旋天线、缝隙螺旋天线、小型化、电阻加载、曲折臂 中图分类号：TN823．31 文献标识码： A Miniaturization of Slot Planar Archimedean Spiral Antenna In this paper，slot planar Archimedean spiral antenna and the contrast between it and the common planar Archimedean spiral are introduced. On this condition, the miniaturization of slot planar Archimedean spiral antenna realized by designing the slot line in the form of meander line, discrete resistance loading in the end of antenna, a simple feed and shallow reflecting cavities. We get an antenna sample with a diameter of 75mm and a thickness of 12mm, the antenna which is qualified to the engineering applications ,keeps good characteristics of impedance match and gain. Key words: planar Archimedean spiral antenna，slot planar spiral antenna ，miniaturization，resistance loading，meander line 1、引言 平面螺旋天线[1]因其低剖面、圆极化、宽频带、易于共型等特点得到了广泛的应用。平面螺旋天线主要有等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线两种形式。阿基米德螺旋天线是一种较为常见的平面螺旋天线，它的曲线方程为： r=r+α(φ-φ)（1） 00 其中，r为曲线上任意一点到极坐标原点的距离，φ为方位角，0φ为起始角，0r为螺旋线起始点到原点的距离，a为常数，称为螺旋增长率。通常采用印刷技术制造这种天线，并且使金属螺线的宽度等于两条螺线间的距离，以便形成自补结构，这样有利于实现宽频带的阻抗匹配。缝隙阿基米德螺旋天线具有和普通阿基米德螺旋天线相类似的性质，但由于其更易于加载和更低的剖面在小型化方面难度低于普通的阿基米德螺旋天线。文章[2]给出了一种缝隙天线的设计，有效的解决了低剖面的问题，并改进了了平面螺旋天线的馈电方式。文章[3]提出了一种利用将平面阿基米德螺旋天线的双臂设计成曲折线的形式来进一步将平面螺
喇叭天线的设计1206030201
喇叭天线的设计1206030201
微波技术与天线课程设计—— 角锥喇叭天线 姓名：吴爽 学号：1206030201
目录 一．角锥喇叭天线基础知识 (4) 1.口径场 4 2.辐射场 5 3.最佳角锥喇叭 (8) 4. 最佳角锥喇叭远场E 面和H面的主瓣宽度 (8) 二．角锥喇叭设计实例 (9) 1.工作频率 (9) 2.选用作为激励喇叭的波导 (9) 3.确定喇叭的最佳尺寸 (10) 4.喇叭与波导的尺寸配合 (10) 5.天线的增益 (12) 6.方向图 (12)
一．角锥喇叭天线基础知识 角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，如下图所示。矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H。 1. 口径场 角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在x和y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内
的场的严格解析解是困难的。通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x 和 y 两个方向均为平方律变化。 按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为： η πβy X R y R x j H y E H e D x E E E H -==+-)2(022)cos( （1.1） 如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。 2. 辐射场 由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。由于计算过程较繁，这里直接给出结果。 ])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E r j H E r j I I r e E j E I I r e E j E θ?λθ?λβ?βθ+=+=-- （2.1）
螺旋天线的仿真设计
一、设计题目:螺旋天线的仿真设计 二、设计目的: (1)熟悉Ansoft ＨFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 (3)完成螺旋天线的仿真设计,并查看S参数以及场分布。 三、设计要求: 螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFＳS1０软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。 螺旋天线通常用同轴线馈电,天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。 螺旋天线示意图如图1所示: 图1、螺旋天线
四、设计参数: 中心频率f=4GHｚλ=75mｍ 螺旋导体的半径ｄ＝0．15λ=１1.２5ｍm 螺旋线导线半径a=０．5ｍm 螺距s－0.２λ=1５mm 圈数N=7 轴向长度ｌ=Ns 五、设计步骤 在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。 求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mｍ，螺旋线的创建如下。 点击Draw>Circle，输入圆的中心坐标。X:11.2５Y：0 Z:０,按回车键结束。输入圆的半径dX:０.5 ｄY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Ａxis改为Ｙ。点击确认。选中该ciｒcle。点击Drａw>Ｈeliｘ，输入X:0 Ｙ：0 Z：-7.5,按回车键结束输入,输入ｄX:０dＹ:0 ｄZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，ＴurｎDirectiｏns:Ｒigｈt Haｎd Ｐitch:１5(mm) Ｔunｓ:7 Ｒaｄius ｃhange per Tuｒn:0点击OK。在特性窗口中选择Atｔｒｉbutｅ标签，将名字改为Heｌix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。