实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真

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1、实验八波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg，距离波导宽边中心有一定偏移。Stevenson给出宽边上纵向并联缝隙的电导为其中，x为待求的偏移，a为波导内壁宽边长度，λg为波导波长。在具体的设计中，可以利用HFSS的优化功能来确定缝隙的谐振长度。首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有

2、缝隙偏移波导中心线的距离Offset，缝隙的长度L，缝隙的宽度W等。一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W，应用HFSS的优化功能得出缝隙的偏移量Offset和缝隙长度Length。如图1所示，在波端口的Y矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。单缝谐振长度优化示意图如下：设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev电流分布，前10个缝的电平分布如下：根据电平分布进行归一

3、化：可以得到K=0.100598。由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n各个缝隙的导纳如下：g_1=0.010955，g_2=0.00846g_3=0.0153，g_4=0.0265g_5=0.03867，g_6=0.0536g_7=0.0693，g_8=0.0833g_9=0.09465，g_10=0.100598选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22.86mm，窄边b=10.16mm。工作频率为10GHz，工作波长λ=30mm，波导波长λg=39.75mm。根据波导各个尺寸可得偏移量与导纳之

4、间的关系为由上述导纳值可以求得各个缝隙的偏移量：四、实验内容利用HFSS软件设计波导缝隙阵天线。天线阵中心频率为10GHz，选用WR-90型波导，其具体尺寸为：宽边22.86mm，窄边10.16mm，波导波长39.75mm。此设计过程可分为两个子工程：子工程1在给定缝隙偏移量下优化缝隙的谐振长度，可以利用该工程1对各个缝进行优化；子工程2建立含有所有缝隙的完整模型。最后得到该天线的二维和三维方向图的仿真结果。五、实验步骤子工程1：在给定缝隙偏移量下优化缝隙的谐振长度1.建立新工程2.将求解类型设置为激励求解类型

5、：（1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。（2）在弹出的SolutionType窗口中(a)选择DrivenModal。(b)点击OK按钮。3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。（2）在设置单位窗口中选择：mm。4.建立缝隙天线模型（1）建立波导。创建长方体模型Waveguide。长方体的起始点位置坐标：X：-11.43，Y：0.0，Z：0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：22.86，dY：29.8125，dZ：10.16（2）建立缝隙。(a)在菜单栏

6、中点击3DModeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>Offset。(b)在坐标输入栏中输入坐标：X：0.0，Y：9.9375，Z：10.16(c)创建长方体模型Slot起始点位置坐标：X：-0.5，Y：-7.0，Z：0.0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：1.0，dY：14.0，dZ：1.0(d)创建圆柱模型，该圆柱用来创建缝隙两端的半圆形倒角。圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：-7.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.5，dY：0.0，dZ：0.0；圆柱

7、的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.0(e)同样地，建立另外一个圆柱，尺寸为：圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：7.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.5，dY：0.0，dZ：0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.0(f)在操作历史树中利用Ctrl键选择Slot、Cylinder1、Cylinder2，注意选择的顺序(f)创建的模型,在坐标输入栏中输入坐标：X：2.0，Y：-7.0，Z：0.0（3）建立Air(a)创建长方体模型。长方体的起始点位置坐标：X：-25，Y：-10

8、.0，Z：11.16；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸:dX：50，dY：50，dZ：105.设置边界条件（1）设置辐射边界条件。　　（2）设置理想磁壁。6.设置激励端口p17.设置工程变量将缝隙的长度和偏移量设置为工程变量，这样可以在当前给定的偏移量下，优化仿真出缝隙的谐振长度。（1）添加工程变量。(a)在菜单栏中点击Project>ProjectVariables。(b