使用Ansoft HFSS-IE 设计Ka波段低副瓣抛物反射面天线
2.3 馈源喇叭设计
设计中,采用E 面扇形喇叭天线作为抛物反射面的馈源,其相位中心置于抛物面的焦点处。 一般地,选择馈源的初级方向图对抛物反射面的边缘照射电平为-10dB,这样可以得到最大增益。 因此,对于馈源来说其 E 面与H 面两个主平面的10dB 波瓣宽度应该为2Φ0 = 128°。即,
图 2 馈源的仿真模型图
采用Ansoft HFSS v12 设计所需要的E面扇形喇叭天线,其馈电波导选用BJ-320,壁厚0.5mm。图2 为馈源的仿真模型图;图3 为馈源电压驻波比随频率变化曲线;图4 为馈源在中心频率处,E 面与 H 面归一化方向图仿真结果;图5 为馈源在中心频率处,E 面与H 面相位方向图仿真结果。
图3 馈源电压驻波比随频率变化曲线
由图3 可见,在所要求的工作频段内,所设计的馈源天线电压驻波比小于1.5,达到了指标要求。
图4 馈源归一化辐射方向图
由图4 可见,在中心频率36GHz 处,馈源天线E面与H面两个主平面的10dB 波瓣宽度大于123°,且两个面的方向图等化性很好。
图5 馈源相位方向图
由图5 可见,在中心频率36GHz 处,馈源天线E面与H面两个主平面的相位波动平缓。馈源相位中心稳定,并且此时相位中心位于馈源喇叭口面的几何中心。
2.4 HFSS 与HFSS-IE 协同仿真设计
在HFSS中完成了馈源的设计之后,就可以通过数据链接的方式将HFSS 中设计的馈源作为近场激励源,进行抛物反射面天线的仿真分析。这一过程需要HFSS 与HFSS-IE 的协同仿真,并且在HFSS-IE 中对反射面天线要进行建模。
参考图1 的坐标系建模,由于已经得到了抛物面的D 与f 的具体数值,则采用参数方程很容易建立抛物线。然后,将抛物线绕轴线oz 旋转360° 即可得到所需的旋转抛物面,如图6 所 示。具体的抛物线参数方程如下式:
x (_t)= _t ;y(_t)= 0 ;z(_t)= _t2 /(4*f);其中,0 ≤ _t ≤ D/2 式(5)
图6 旋转抛物反射面模型图