手把手教你製作喇叭天線-圖文超詳細教程

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手把手教你製作喇叭天線-圖文超詳細教程

工程師2 發表於 2018-05-12 10:35:00

1 喇叭天線簡介

喇叭天線簡介常見的喇叭天線主要由角錐喇叭（矩形喇叭）和圓錐喇叭，分別如圖1.1、1.2 所示：

圖1.1 角錐喇叭實物圖

圖1.2 圓錐喇叭實物圖

從阻抗匹配的角度來理解， 天線其實就是一個阻抗轉換器，從傳輸線到自由空間（377 歐姆），一個通用的微波傳輸線就是波導（waveguide）—一個空的引導電磁波傳輸的矩形管（hollowpipe），如果波導橫截面的口徑大於半個波長，那麼電磁波就能在其中以較低的損耗傳輸，並且如果波導終端打開，那麼電磁波就可以向自由空間輻射。

喇叭就是一個漸變的波導，它增大了輻射口徑，可以獲得較高的增益，而且製作簡單，性能穩定，即便在較惡劣的環境中也能獲得較好的方向圖，下面我們就自己動手設計一個角錐喇叭天線，設計中將要用到兩個軟體：HDL_ANT 和CST（或HFSS），分別用於設計和仿真。

2 HDL_ANT 天線設計

HDL_ANT 是一個老外Paul Wade 編寫的，其說明摘錄如下：

這裡也把他個人網站貼出來，裡面有不少關於微波天線和電路設計的資料，都是免費下載的。

下面我們就開始利用HDL_ANT 設計一個角錐喇叭天線，其主界面如下如所示：

第一步：選擇長度單位，默認為mm，也可以改為inch（1inch=25.4mm）

第二步：選擇喇叭天線設計和模板，輸入天線中心頻率10000MHz（10GHz）

第三步：輸入寬邊H 面波導尺寸和窄邊E 面波導尺寸

第四步：輸入想要設計的天線增益（DBi）

第五步：輸出設計結果

至此，我們已經得到了喇叭天線設計的結構參數，波導口徑為22.86mm*10.16mm，喇叭口徑為78.81mm*58.38mm，喇叭軸向長度為37.47mm，按照預期設計，該喇叭天線最大增益可達15DBi，下面我們採用CST 進行仿真驗證。

3 CST 天線仿真

按照上述結構參數，繪製得到的喇叭天下圖3.1 所示，通過仿真得到喇叭天線遠場輻射方向圖分別如圖3.2、3.3、3.4 所示。

圖3.1 仿真喇叭結構示意圖

圖3.2 喇叭遠場輻射方向圖

圖3.3 喇叭遠場E 面輻射方向圖

圖3.4 喇叭遠場H 面輻射方向圖

通過仿真結果發現喇叭天線的增益符合設計要求，至此，我們已經完成了天線的結構設計和性能驗證，下面藉助HDL_ANT 的PostScript 功能完成最終的天線製作。

4 HDL_ANT 天線製作

HDL_ANT 的PostScript 功能就是輸出一個PostScript 文件，然後通過印表機將其列印生成紙質模板，將模板貼在銅板上按指定邊界剪裁、摺疊、焊接即可。在HDL_ANT 程序中，緊接HDL_ANT 天線設計的第五步，保持現有天線設計尺寸輸出PostScript 文件horn_10GHz.ps，如下圖所示：

下面就是得到的喇叭天線尺寸文件（已轉化為pdf格式）：

注意，若採用A4 紙列印，列印出來的尺寸應該與設計的保持一致，如果尺寸偏大或偏小，對應修改列印比例，至此，一個簡單的喇叭天線設計已經完成。

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