HFSS - 矩形口径喇叭天线的设计与仿真

一、理论

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。合理地选择喇叭尺寸，可以获得良好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣和较高的增益。因此，喇叭天线应用非常广泛，它是一种常见的天线增益测试用标准天线。
矩形口径喇叭天线通常称为角锥喇叭天线，由矩形波导E面和H面的两壁张开而成的，其辐射特性基本上是E面和H面扇形喇叭的结合，其结构如下图所示。这里分别用a和b表示矩形波导的宽和高，用a₁和b₁表示喇叭口径在E面和H面的边长，用ρ_e和ρ_h表示喇叭口径在E面和H面的斜径，用ρ₁和ρ₂表示喇叭口径在E面和H面的半径，用R_e和R_h表示喇叭上、下两个口径面之间的距离。

矩形喇叭的增益可以表示为：$$G=\frac{4\pi }{{\lambda }^2}{\epsilon }_{\text{ap }}{a}_1{b}_1$$
其中，${\epsilon }_{\text{ap }}$表示矩形喇叭的口径效率，在最佳增益设计时，该值约为0.5。根据理论可以给出E面和H面扇形喇叭最佳方向性系数对应的a₁和b₁值，其中:$$\begin{array}{r}{a}_1\approx \sqrt{3\lambda {\rho }^{}}\end{array}$$