Ansoft2004 年用户通讯 - 103 - 用 HFSS 分析设计一种 3 厘米波段 H 面喇叭天线 管 绍 朋 上 海 大 学 通 信 学 院 200072 摘要：本文用 Ansoft 公司的三维仿真软件 HFSS 仿真、设计了一种 3 厘米波段 H 面喇叭天线，把该 天线应用于高损耗材料雷达波反射率的近场测量，测得的结果与材料生产厂家提供的参考值比较,具有 较好的一致性。从而使得高损耗材料雷达波反射率的测量仪器小型化以及现场进行测量成为可能。 关键词：雷达波反射率，H 面喇叭天线 一 引 言 随着高损耗材料在一些特殊场合的应用，有效快速测量其回波损耗也变得越来越重要。目前测量高损耗材料回波损耗 的方法较多。NRL 弧形框法就是目前室内常用的近场测量方法。但是诸多方法都存在仪器体积过于庞大，无法实现现场测 量的缺点。如果能设计一种小型天线，使其在近场的输出 为平面波或近似为平面波，那么用这种天线直接照射高损 耗材料涂层时，效果等效于雷达的远场照射情况，则可直 接在近场测出材料的雷达波反射率。 喇叭天线是最简单和应用最广泛的微波天线之一。对 于 H 面喇叭天线，采用图 1.1 所示的坐标时，场分布为： y x a b 0 r 1 yE ϕH ρH ρ 02ϕ ϕ LH r 2 z 2 ( )( ) βρ n + pH ( )( 1 n ] ) cos βρ ⎛ ⎜⎜ ⎝ ( )( πϕ 2 ϕ 0 ⎞ ⎟⎟ ⎠ ] ) sin βρ 1 n E y = [ HA H ρ −= A H ϕ −= A 0 1 [ H j ρωµ β ( H j ωµ 0 ⎡ ⎢⎣ 2 ( )( ) βρ n + pH ′ ) ( ) βρ + ( Hp ( ) 1 n ( ) 2 n ⎛ ⎜⎜ ⎝ ′ ) ( ⎤ ) βρ ⎥⎦ πϕ 2 ϕ 0 ⎛ ⎜⎜ ⎝ cos ⎞ ⎟⎟ （ 1.2） ⎠ πϕ 2 ϕ 0 ⎞ ⎟⎟ ⎠ 图1.1 H面喇叭天线 从上述公式中可看出，当 r 较大时，H 面喇叭天线内的场有行波的特征，其相速β等于电磁波在自由空间的相速。由 ϖ 式(1.2)可知， ρ增大时，磁场强度矢量的纵向分量趋于零，即矢量 H ρ E 将与传播方向垂直。这样的话，无论从相速还是从 ϖ 的取向来看，随着 ρ的增大，H 面喇叭天线内的电磁场逐步接近自由空间的场分布。因此可考虑设计一种 H 面喇叭 、H 天线来实现现场测量高损耗材料的雷达波反射率。 二 建 模 仿 真 图 2.1 给出了待设计的 H 面喇叭天线的结构示意图。 用 HFSS 对该结构进行建模仿真。建模时，1）可以先画出平面图，然后结合 sweep 和 subtract 等命令快速得到立体 图。2）灵活应用“宏”命令，使得尺寸的修改变得简单。因此在仿真的过程中，随着尺寸的调整，不必每次都从头画起。 图 2.2 为仿真时，喇叭天线内的场结构。 图 2 . 1 图 2 . 2 喇 叭 天 线 内 部 场 分 布 示 意 图 Partners In Design 

- 104 - Ansoft2004 年用户通讯 三 测 试 结 果 用最终仿真确定的尺寸加工得到的 H 面喇叭天线，配合小型矢量网络分析仪，对编号为 1#、2#的吸波材料涂层板进 行测量。并把测得的结果与厂家提供参考值进行比较，分别如图 3.1、3.2 所示。 3 . 1 1 # 涂 层 板 的 测 量 结 果 3 . 2 2 # 涂 层 板 的 测 量 结 果 四 结 论 由测试数据可看出，该方案切实可行。相关测试设备实现小型化，可满足于工程上现场测量的要求。 借助于 HFSS 的仿真，整个设计过程大大简化。节省了时间和成本，提高了效率。 参 考 文 献 3.Γ . 爱金堡等，《超高频天线》上册（汪茂光等译），人民邮电出版社，1980 [1] [2] 汤世贤，《微波测量》，国防工业出版社，1981 [4]莫斯科，微分反射系数测量仪说明书，1996 [4] HFSS 用户手册，Ansoft 公司 Partners In Design 

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