一种耐高温宽波束喇叭天线设计(2)

　　关于第一个问题，经过HFSS软件的优化，可以得到最佳尺寸；关于天线罩安装的问题，在天线口径上扩展一法兰盘，则天线罩就可以通过螺钉与法兰盘连接如图4所示； 

　　脊曲线的求解是脊喇叭设计的关键部分，它是一个指数曲线如图5所示，其数学表达式为： 

　　yx=Ae+Cx 

　　在这里附加的线性项主要是为了增加低频段的带宽，在要求不是超宽带的情形下这项可以去除，这样一来脊曲线的求解就变得简单了。 

　　（4）天线罩的设计 

　　为了达到耐高温的目的，需要用天线罩对天线加以保护，所以天线罩就需要有稳定的高温介电性能。材料的介电性能包括介电常数与损耗角正切，是材料选择的主要依据，损耗角正切越大，则电磁波能量在透过天线罩时由于发热而损耗的能量就越大；介电常数越大，则电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而降低传输效率。所以，理想的天线罩选择应是低介电常数、低损耗角。目前常用的天线罩材料有氧化铝陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷、石英陶瓷、氮化硅等。其中石英陶瓷材料的介电常数对频率和温度非常稳定。 

　　喇叭天线的天线罩是安装在开口端的法兰盘上，所以是一种平面结构，靠四个角上的安装孔可以与法兰盘连接，如图6所示。其厚度需要和介电常数综合考虑。 

　　2 仿真结果 

　　依据以上设计，在HFSS中建立的仿真模型如图7所示，通过优化设计，得到其具体尺寸为：喇叭口面10mm×22mm，喇叭轴向长度8mm，天线罩厚度3mm。 

　　由此仿真得到的天线驻波曲线如图8所示，天线的全向方向图如图9，在中心频率H面和E面方向图分别图10、图11。 

　　由以上结果可以看出，天线的增益达到9.5dB以上，H面波束通过缩小方位面的口径宽度有效地得到展宽，在增益0dB以上达到了140度的波束宽度，H面-3dB波束宽度达到60度。由全向方向图可见，天线形成了一种扁圆形的波束形式。 

　　理论上来讲，加上脊以后天线的带宽应该更宽，但是由于口径面的缩小以及天线罩的反射，对驻波产生了很大的影响，通过优化设计以后，天线带宽还是达到了10%以上。 

　　参考文献： 

　　[1]阎涛，丁伟，万继响等 弹载数据链收发天线设计[J]. 微波学报， 2012年S2期 

　　[2]夏明凯，刘谊，侯瑞等 氮化硅材料在空空导弹天线罩上的应用研究[J]. 弹载与制导学报，2014，34（1）：24-26. 

　　[3]燕有杰，刘小龙，蒋廷勇等 加脊TEM喇叭初步研究[J]. 强激光与粒子束，2012，24（9）：2130-2133. 

　　[4]于臻， 余建国，冉小英 H面矩形喇叭天线的仿真与测试[J]. 实验室研究与探索，2013，32（6）：258-262.