一個簡單的喇叭天線DIY設(shè)計方案

（1） 喇叭天線簡介

常見的喇叭天線主要有角錐喇叭（矩形喇叭）和圓錐喇叭，分別如圖1.1、1.2 所示：

圖1.1 角錐喇叭實物圖

圖1.2 圓錐喇叭實物圖

從阻抗匹配的角度來理解， 天線其實就是一個阻抗轉(zhuǎn)換器，從傳輸線到自由空間（377 歐姆），一個通用的微波傳輸線就是波導(dǎo)（waveguide）—一個空的引導(dǎo)電磁波傳輸?shù)木匦喂埽╤ollowpipe），如果波導(dǎo)橫截面的口徑大于半個波長，那么電磁波就能在其中以較低的損耗傳輸，并且如果波導(dǎo)終端打開，那么電磁波就可以向自由空間輻射。

喇叭就是一個漸變的波導(dǎo)，它增大了輻射口徑，可以獲得較高的增益，而且制作簡單，性能穩(wěn)定，即便在較惡劣的環(huán)境中也能獲得較好的方向圖，下面我們就自己動手設(shè)計一個角錐喇叭天線，設(shè)計中將要用到兩個軟件：HDL_ANT 和CST（或HFSS），分別用于設(shè)計和仿真。

（2）HDL_ANT 天線設(shè)計

HDL_ANT 是一個老外Paul Wade 編寫的，其說明摘錄如下：

這里也把他個人網(wǎng)站貼出來，里面有不少關(guān)于微波天線和電路設(shè)計的資料，都是免費下載的。

下面我們就開始利用HDL_ANT 設(shè)計一個角錐喇叭天線，其主界面如下如所示：

第一步：選擇長度單位，默認為mm，也可以改為inch（1inch=25.4mm）

第二步：選擇喇叭天線設(shè)計和模板，輸入天線中心頻率10000MHz（10GHz）

第三步：輸入寬邊H 面波導(dǎo)尺寸和窄邊E 面波導(dǎo)尺寸

第四步：輸入想要設(shè)計的天線增益（DBi）

第五步：輸出設(shè)計結(jié)果

至此，我們已經(jīng)得到了喇叭天線設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)，波導(dǎo)口徑為22.86mm*10.16mm，喇叭口徑為78.81mm*58.38mm，喇叭軸向長度為37.47mm，按照預(yù)期設(shè)計，該喇叭天線最大增益可達15DBi，下面我們采用CST 進行仿真驗證。

（3）CST 天線仿真

按照上述結(jié)構(gòu)參數(shù)，繪制得到的喇叭天下圖3.1 所示，通過仿真得到喇叭天線遠場輻射方向圖分別如圖3.2、3.3、3.4 所示。

圖3.1 仿真喇叭結(jié)構(gòu)示意圖

圖3.2 喇叭遠場輻射方向圖

圖3.3 喇叭遠場E 面輻射方向圖

圖3.4 喇叭遠場H 面輻射方向圖

通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)喇叭天線的增益符合設(shè)計要求，至此，我們已經(jīng)完成了天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能驗證，下面借助HDL_ANT 的PostScript 功能完成最終的天線制作。

（4）HDL_ANT 天線制作

HDL_ANT 的PostScript 功能就是輸出一個PostScript 文件，然后通過打印機將其打印生成紙質(zhì)模板，將模板貼在銅板上按指定邊界剪裁、折疊、焊接即可。在HDL_ANT 程序中，緊接HDL_ANT 天線設(shè)計的第五步，保持現(xiàn)有天線設(shè)計尺寸輸出PostScript 文件horn_10GHz.ps，如下圖所示：

下面就是得到的喇叭天線尺寸文件（已轉(zhuǎn)化為pdf格式）：

注意，若采用A4 紙打印，打印出來的尺寸應(yīng)該與設(shè)計的保持一致，如果尺寸偏大或偏小，對應(yīng)修改打印比例，至此，一個簡單的喇叭天線設(shè)計已經(jīng)完成。

編輯：黃飛

?