1.2 天線的優(yōu)化

　　設(shè)計(jì)出喇叭的初步尺寸，再利用HFSS軟件進(jìn)行仿真優(yōu)化，在優(yōu)化過程中不斷調(diào)整喇叭的尺寸直到達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于喇叭的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要優(yōu)化的參數(shù)比較多，可以固定幾個(gè)參數(shù)，縮小優(yōu)化范圍。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.2.1 匹配塊及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

　　喇叭天線的饋電部分是內(nèi)徑相等的波導(dǎo)，由于脊波導(dǎo)與匹配塊連接部分需要有空隙，采用在匹配塊上開半球形槽的辦法來滿足。同時(shí)在脊波導(dǎo)段上有臺(tái)階設(shè)計(jì)[1],仿真發(fā)現(xiàn)，有臺(tái)階的脊波導(dǎo)對(duì)天線駐波比有很好的影響，通過調(diào)節(jié)臺(tái)階的厚度，達(dá)到優(yōu)化的駐波比。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　1.2.2 脊波導(dǎo)內(nèi)脊寬度和脊間距的優(yōu)化

　　脊的寬度和脊間距對(duì)喇叭天線的工作帶寬有關(guān)鍵作用，設(shè)計(jì)寬頻帶喇叭天線首先要保證饋電波導(dǎo)在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)有好的電特性。脊的終端由尖頂削成平頂，如圖3所示，這樣設(shè)計(jì)是為了減小四個(gè)脊終端之間的相互影響，同時(shí)減小了脊間距，以及使加工方便。

　　1.2.3 喇叭內(nèi)脊曲線形狀的優(yōu)化

　　將對(duì)脊體的形狀進(jìn)行優(yōu)化，給指數(shù)函數(shù)再加上一個(gè)項(xiàng)，可以起到擴(kuò)展頻帶的作用，修正后的脊曲線方程為：

　　$3.。

　　脊曲線示意圖如圖4所示。圖中Dy 為喇叭口面的口徑寬度；b 為脊間距；L 為喇叭的長度；C 取經(jīng)驗(yàn)值。

　　0.02.

　　2 仿真結(jié)果

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)優(yōu)化步驟，設(shè)計(jì)了一個(gè)在0.8~2.5 GHz頻帶內(nèi)工作，口徑為240 mm,長度為320 mm,其中喇叭段長度為260 mm,波導(dǎo)段口徑為35 mm 的寬頻帶雙極化四脊喇叭，喇叭天線模型如圖5所示。

　　利用高頻電磁仿真軟件HFSS對(duì)模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6~圖11所示。

　　圖6是雙端口天線在0.8~2.5 GHz頻段上駐波比的變化曲線，其中虛線和實(shí)線分別表示前面（離匹配塊近）和后面（離匹配塊遠(yuǎn)）饋電端口的駐波比，由于兩個(gè)饋電位置離匹配塊的距離不一致，引起兩個(gè)饋電端口的駐波比不能保持完全一致。從仿真結(jié)果看兩個(gè)端口的駐波比都達(dá)到小于2的參數(shù)指標(biāo)要求。端口之間的隔離度隨頻率變化的曲線如圖7所示，兩個(gè)端口的隔離度大于40 dB.

　　從圖8~圖10是幾個(gè)典型頻率點(diǎn)（0.8 GHz,1.5 GHz,2.5 GHz）的二維增益方向圖，實(shí)線和虛線分別表示的是E面和H面方向圖，方向圖的主瓣較寬，沒有出現(xiàn)柵瓣，整個(gè)頻段內(nèi)方向圖保持很好的方向性，天線能量集中。

　　天線增益隨著頻率變化的曲線如圖11 所示，在0.8~2.5 GHz整個(gè)頻段內(nèi)天線增益大于6 dB,并且隨著

　　頻率的升高而升高，滿足參數(shù)要求，并且曲線圖符合喇叭天線結(jié)構(gòu)與增益的理論關(guān)系。設(shè)計(jì)的天線具有良好的輻射性能，高頻段天線沒有發(fā)生定向性偏離和增益下降的現(xiàn)象。

　　從優(yōu)化仿真的結(jié)果可以看出，四脊喇叭天線在0.8~2.5 GHz整個(gè)頻段內(nèi)駐波比VSWR<2,雙極化端口的隔離度dB（S（2,1））<-40 dB,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，整個(gè)頻段方向圖保持很好的定向性。

　　3 結(jié)語

　　本文給出了一個(gè)寬帶四脊圓錐喇叭天線的設(shè)計(jì)方法，采用化四脊圓錐喇叭為雙脊喇叭的方法設(shè)計(jì)了初步模型和參數(shù)初值，仿真總結(jié)了四脊圓錐喇叭天線的主要參數(shù)變化對(duì)駐波比的影響，結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括：波導(dǎo)段的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，脊終端的平頂結(jié)構(gòu)，脊曲線的漸變結(jié)構(gòu)等。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)很好的降低了天線的駐波比，提高了兩個(gè)端口的一致性。利用電磁仿真軟件HFSS對(duì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的0.8~2.5 GHz四脊圓錐喇叭天線駐波比低、隔離度好、方向圖好，可滿足實(shí)際要求，對(duì)工程上設(shè)計(jì)此類天線具有一定的參考價(jià)值。