实验六双模圆锥喇叭天线的设计与仿真
一、实验目的1设计一个双模圆锥喇叭天线2查看并分析该双模圆锥喇叭天线的收敛结果、远场方向图及喇叭轴比曲线、喇叭驻波
比信息
二、实验设备装有HFSS130软件的笔记本电脑一台
三、实验原理圆锥喇叭一般采用圆波导馈电，描述圆锥喇叭的尺寸有口径直径D，喇叭长度R。圆锥
喇叭的口径场的振幅分布与圆波导中的TE11相同，但是相位按平方律沿半径方向变化。下图计算了不同轴向长度圆锥喇叭的方向系数与口径直径的关系。从图中可以看出，圆锥喇叭仍然存在着最佳尺寸。与矩形喇叭类似，当轴向长度一定时，增大口径尺寸的效果将以增大口径面积为优势逐渐地转向以平方相位偏移为优势。
最佳圆锥喇叭的主瓣宽度与方向系数可以由以下公式近似计算：
205H
rad


122
dm

205Erad
105
dm

D05dm2

在增益最大值图中虚线处，可归纳出R与D的近似关系
2
D
015
Rop24
喇叭天线通过馈电段向移相段输入电磁场，通过波模的激励、传输和控制到达喇叭口面
形成口面场，由口面场向空间辐射，在辐射区干涉叠加，形成了辐射场在空间的分布幅度方
向图和相位方向图，并得到各项辐射性能。在双模圆锥喇叭中，使用主模TM11和另一个高
次模TE11，主模圆波导的模在台阶处激发若干高次模，选择尺寸α、A、台阶比ραA，
使之能传输TM11和TE11模，其余可能激起的高次模被截止。喇叭作为反射面天线的馈源，
其相位中心位置可采用解析方法或实验技术来确定，但是解析方法一般较烦琐，且只有少数
的结构有解析公式，多采用实验技术来确定天线的相位中心。因为圆锥喇叭结构具有对称性，
所以其相位中心就在其轴线上虚顶点与口面中心之间的某处。在实验之前先对喇叭进行电磁
仿真初步确定其相位中心的位置再根据实验的测试数据进一步确定其相心的位置。相心位
置用Q表示，即轴线上相位中心到喇叭口面中心的距离，如下图所示。
f双模圆锥喇叭的远区辐射场为：
1cos
EJAAMJJsi

gH11
1
2ksi

1
0
1
ksi

0
cos
11
1


gE11184
383
1
cos1383
184
1

2
gH11
gH11
kA0si

EJ

cos
cos1
gH11

21
1
k
A0
kA0s
si
i
2
gH11
184
四、实验内容设计一个双模圆锥喇叭天线，其指标要求如下：中心频率为：5GHz；采用圆波导喇叭馈电结构，并使用两个激励模式，该两个模式的初始误差为90°，构
成圆极化。最后得到驻波比、二维辐射远场和圆极化轴比的仿真结果。
五、实验步骤1建立新工程
了方便建立模型，在ToolOptir