一个简单的喇叭天线DIY设计方案

黄奚 2023-09-29 995

RF/无线

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描述

（1）喇叭天线简介

常见的喇叭天线主要有角锥喇叭（矩形喇叭）和圆锥喇叭，分别如图1.1、1.2 所示：

喇叭天线

图1.1 角锥喇叭实物图

喇叭天线

图1.2 圆锥喇叭实物图

从阻抗匹配的角度来理解，天线其实就是一个阻抗转换器，从传输线到自由空间（377 欧姆），一个通用的微波传输线就是波导（waveguide）—一个空的引导电磁波传输的矩形管（hollowpipe），如果波导横截面的口径大于半个波长，那么电磁波就能在其中以较低的损耗传输，并且如果波导终端打开，那么电磁波就可以向自由空间辐射。

喇叭就是一个渐变的波导，它增大了辐射口径，可以获得较高的增益，而且制作简单，性能稳定，即便在较恶劣的环境中也能获得较好的方向图，下面我们就自己动手设计一个角锥喇叭天线，设计中将要用到两个软件：HDL_ANT 和CST（或HFSS），分别用于设计和仿真。

（2）HDL_ANT 天线设计

HDL_ANT 是一个老外Paul Wade 编写的，其说明摘录如下：

喇叭天线

这里也把他个人网站贴出来，里面有不少关于微波天线和电路设计的资料，都是免费下载的。

喇叭天线

下面我们就开始利用HDL_ANT 设计一个角锥喇叭天线，其主界面如下如所示：

喇叭天线

第一步：选择长度单位，默认为mm，也可以改为inch（1inch=25.4mm）

喇叭天线

第二步：选择喇叭天线设计和模板，输入天线中心频率10000MHz（10GHz）

喇叭天线

第三步：输入宽边H 面波导尺寸和窄边E 面波导尺寸

喇叭天线

第四步：输入想要设计的天线增益（DBi）

喇叭天线

第五步：输出设计结果

喇叭天线

至此，我们已经得到了喇叭天线设计的结构参数，波导口径为22.86mm*10.16mm，喇叭口径为78.81mm*58.38mm，喇叭轴向长度为37.47mm，按照预期设计，该喇叭天线最大增益可达15DBi，下面我们采用CST 进行仿真验证。

（3）CST 天线仿真

按照上述结构参数，绘制得到的喇叭天下图3.1 所示，通过仿真得到喇叭天线远场辐射方向图分别如图3.2、3.3、3.4 所示。

喇叭天线

图3.1 仿真喇叭结构示意图

喇叭天线

图3.2 喇叭远场辐射方向图

喇叭天线

图3.3 喇叭远场E 面辐射方向图

喇叭天线

图3.4 喇叭远场H 面辐射方向图

通过仿真结果发现喇叭天线的增益符合设计要求，至此，我们已经完成了天线的结构设计和性能验证，下面借助HDL_ANT 的PostScript 功能完成最终的天线制作。

（4）HDL_ANT 天线制作

HDL_ANT 的PostScript 功能就是输出一个PostScript 文件，然后通过打印机将其打印生成纸质模板，将模板贴在铜板上按指定边界剪裁、折叠、焊接即可。在HDL_ANT 程序中，紧接HDL_ANT 天线设计的第五步，保持现有天线设计尺寸输出PostScript 文件horn_10GHz.ps，如下图所示：

喇叭天线

下面就是得到的喇叭天线尺寸文件（已转化为pdf格式）：

喇叭天线

注意，若采用A4 纸打印，打印出来的尺寸应该与设计的保持一致，如果尺寸偏大或偏小，对应修改打印比例，至此，一个简单的喇叭天线设计已经完成。

编辑：黄飞

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