波导缝隙阵仿真设计设计

毫米波低副瓣波导窄边缝隙行波阵的设计
毫米波低副瓣波导 (LPWN) 窄边缝隙行波阵是一种用于实现毫米波成像的特殊类型的天线阵列。

它能够将毫米波信号按传统低副瓣毫米波天线设计思路聚焦到一个小区域，从而降低空间互联性，提高图像质量。

因此，建立LPWN窄边缝隙行波阵的设计和优化成为当前研究热点。

LPWN窄边缝隙行波阵的设计是频率特性和空间特性之间对平衡的关键。

传统LPWN有如低副瓣方向图、低副瓣立体模范、低副瓣同种模式方向图等应用，它们的设计均以保持等频信号的混合度为基本要求，在保持最低的空间互联性的同时提高低副瓣波导的方向图及立体模式性能。

LPWN窄边缝隙行波阵的设计需要对波导提供合适的驱动功率来实现，并采用有源和无源表面航科(SS)限制进行设计。

这种空间表面结构可以通过限制天线射频电源和输出层之间的反射形成更高的能量传播效率，进而提高行波阵的各向同性，使其上的点源信号具有很好的空间特性，并具有良好的方位特性。

除了最小功忌的指标，LPWN窄边缝隙行波阵的设计也要满足其他几个指标，包括场型平均三维复合折射指数(3D RDI)、低副瓣空间复合折射指数(Space RDI)、模式包络射频因素(FPS)、模径分布和-13dB下的脉宽等指标。

此外，一种具有自动化设计能力的有限体积发射器必须用于LPWN窄边缝隙行波阵的设计过程，以满足难以实现的精确设计要求。

总之，LPWN窄边缝隙行波阵的设计是一个复杂的任务，也是一个充满挑战的任务。

此外，设计者还需要根据实际应用情况作出必要的调整，以确保其达到最佳性能。

- 140 - Ansoft2004年用户通讯X波段波导缝隙全向天线的仿真设计成玲玲 倪文俊 蒋凡杰（中国电子科技集团公司第51研究所上海201802）摘 要：波导缝隙天线的严格解计算复杂，对于缝隙的诸多参数很难确定。

本文用Ansoft HFSS 9.2电磁仿真软件对所设计的波导缝隙全向天线进行建模、计算分析，并进行参数扫描，得到了优化的尺寸参数。

根据该尺寸进行样品加工和测试，测试结果和仿真值相当吻合。

关键词：波导缝隙全向天线、 Ansoft HFSS、电磁仿真一 引言X波段水平极化全向天线常用作雷达信标天线，应用场合相当广泛。

其实现方法主要有圆波导开槽、同轴线型裂缝槽、向并联裂缝（即双面缝隙）t, 缝隙间距p, 以及最后一对缝隙离波导顶端短路面的距离D。

波导缝隙全向天线属于由驻波激励的谐振缝隙阵。

对于这类天线的设计计算方法，诸多文献均有论述[1][2]。

但参考文献中对缝隙导纳的计算公式均是基于常规单面波导缝进行的，当用于扁波导双面缝隙时，存在一定偏差。

以往设计时，通常要经过大量的调试测试工作，才能最终确定天线尺寸参数，设计周期长、研制成本高、调试工作量大。

所以必须要寻求新的设计方法。

Ansoft HFSS是基于有限元方法的高频电磁场仿真分析软件，能对任意三维结构的电磁场进行分析计算，并能得出特性阻抗、S参数、辐射场、天线方向图等结果。

HFSS 9还具有参数化建模、参数扫描分析、优化等功能，适合于天线等电磁问题的求解。

本文利用HFSS 9.2进行波导缝隙全向天线的仿真设计，并根据设计结果进行了样品加工和电性能测试。

二 仿真设计方法本文所设计的波导缝隙全向天线工作于X波段，用作雷达信标天线，其主要技术指标为：z工作频率：9200～9500MHzz天线增益：≧6dBiz极化形式：水平极化z电压驻波比：≦1.8:1z水平面方向图：全向，不圆度≦±1dBz垂直面波瓣宽度：≧20°根据指标要求，选择3对缝隙，先根据常规设计计算方法算出天线的初始尺寸，用Ansoft HFSS 9.2软件进行仿真设计，得出优化的尺寸参数，并根据该参数加工样品和实际测试。

基片集成波导缝隙天线阵设计11040118 周扬§ 1.1 基片集成波导简介§ 1.1.1 应用需求背景目前高频高增益的天线主要应用于以下领域：1.军用的雷达天线系统。

2.机动车防撞击。

3.移动基站间的射频入口系统。

4.毫米波射频前端系统。

5.高速无线局域网。

一般来说，天线效率取决于天线的馈电系统，而辐射单元决定了其造价。

基于微带线适合于平面设计，并且易于与有源器件连接，具有很高的系统集成度等等优点，从而得到了广泛的实际应用。

但是微带线也有很多弱点和不足，比如说介质损耗、导体损耗以及辐射损耗相对较大等等，所以制作的天线效率一般较低，尤其在高频时，表现特别明显。

研究发现，波导损耗相对较低，又由于波导缝隙适合于波导结构，波导缝隙天线就成为设计高增益天线的理想形式。

其更大的优点在于随着频率的升高，波导缝隙天线依然可以保持很高的效率。

然而波导是一种立体的刚性结构，虽然解决了微带线效率问题，但是难以和有源器件有效集成，丧失了微带线易于集成的优势；另外波导缝隙天线一般造价昂贵，体积、重量上比平面形式的天线要大很多。

基于以上各个方面的考虑，早在1998 年，Hirokawa 和Uchimura 提出了一种通过金属通孔阵列代替金属壁形成的结构，研究发现金属通孔的阵列可以起到和金属壁相类似的作用，从而可以把电磁波限制在一定的空间范围内向前传播，这就是基片集成波导 ( Substrate Integrated Waveguide ，SIW )结构的产生。

§1.1.2 SIW 应用和研究现状近年来，在对基片集成波导传输特性研究的基础上，SIW 的应用也得到了较为广泛的发展。

利用基片集成波导形成的无源微波器件，如定向耦合器、功分器、滤波器、天线等，都展现出了与传统意义上的矩形金属波导构建的微波器件相媲美的性能。

1．定向耦合器定向耦合器作为一种重要的无源器件被广泛地应用于现代微波毫米波通信系统，在天线阵列馈电网络中，定向耦合器是一个主要部件。

波导缝隙阵列天线分析与设计的开题报告一、选题背景随着无线通信技术的发展和普及，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能的优劣也越来越受到广泛关注。

在无线通信系统中，天线的产生的电磁波能量和天线自身内部的电磁波相互作用会对天线的性能产生一定的影响，因此设计高性能天线是无线通信系统发展中的重要问题之一。

波导缝隙阵列天线是一种常见的高性能天线结构，在国外已经得到了广泛的应用。

波导隙缝天线具有指向性好、高增益、广带宽、抗多径干扰等优点，在卫星通信、雷达测量、无线电视、定位导航等领域得到了广泛应用。

因此，深入研究波导隙缝天线的性能分析和设计方法具有重要意义。

二、研究内容本课题旨在采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计，并研究其性能指标的优化方法。

具体研究内容包括：1. 建立波导隙缝天线的几何模型并进行三维电磁场仿真；2. 分析波导隙缝天线的辐射特性和阻抗匹配特性；3. 优化波导隙缝天线的性能指标，如增益、带宽、方向图等；4. 设计并制作波导隙缝天线，进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。

三、研究意义通过对波导隙缝天线的性能分析和设计，可以提高天线的性能，适应不同通信系统的需求，为通信系统的发展提供支持。

同时，本课题的研究成果可以拓宽国内波导隙缝天线的应用领域和研究方向，提高国内无线通信技术的水平，推动我国相关产业的发展。

四、研究方法本课题采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计。

选用常用的电磁场仿真软件，如CST、Ansys等软件，对波导隙缝天线的电磁场进行三维仿真分析，获得天线的辐射特性和阻抗匹配特性。

在此基础上，通过对天线结构的参数设计，优化目标函数，达到提高性能指标的目的。

最后，根据优化结果设计波导隙缝天线，制作并进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。

五、预期成果1. 波导隙缝天线的三维电磁场仿真模型和分析结果；2. 波导隙缝天线的阻抗匹配电路设计和优化结果；3. 波导隙缝天线的性能指标优化结果，如增益、带宽、方向图等；4. 波导隙缝天线的实际测试结果和对比分析。

DCWTechnology Study技术研究0 引言随着电子设备技术的发展，万物互联的概念逐步实现，将所有家用的、工业的、民用的、军用的电子电气设备通过互联网实现统一的控制，而万物互联实现基础是电磁场，电磁场的实现基础是天线。

我们熟知的大哥大使用的是单极天线，现在流行的5G 手机使用的是边框天线，老式电视机上使用的是八木天线等，而缝隙天线多用于雷达、通信、导航、电子对抗等普通人很少接触的设备上，因此我们很少在日常生活中见到缝隙天线。

1 缝隙天线的类型缝隙天线是一种在导体板上开凿特定尺寸的缝隙形成的天线，导体板可以是展开的也可以是闭合的，闭合的方式主要有矩形波导、圆形波导、谐振腔等，对于平面导体板可以采用同轴线的馈电方式，对于闭合的导体板即可以采用同轴线馈电方式，也可以采用波导激励馈电方式，闭合的导体板的开槽方式多种多样，有横向、纵向、斜向等。

缝隙天线如图1所示。

波导缝隙天线作为缝隙天线的一种，具有结构简单耐用、易于安装、馈电方便等特点，其天线参数性能也很出色，能够实现高增益、控制主瓣倾角、超低副瓣，副瓣电平甚至可达到-30 dB 以下。

因此，波导缝隙天线非常适合具有流线型外形的高速飞行器，融合度比较高，如机载雷达、导航设备、通信设备等。

波导缝隙天线原理与仿真刘 建1，原 觉1，刘 巍1，李 强2（1.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041；2.工业和信息化部机关服务局，北京 100804）摘要：文章讨论了缝隙天线的特点、结构、激励方式、原理等，通过讨论缝隙周围电场和电流分布，分析缝隙天线的辐射原理。

使用HFSS仿真软件建立缝隙天线的模型，计算电场及电流分布情况，得到缝隙天线的基本参数，验证缝隙天线原理的分析结论。

关键词：缝隙天线；电偶极子；波导管；电磁仿真doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.08.020中图分类号：TN 82，TN 98 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）08-0061-04Principle and Simulation of Waveguide Slot AntennaLIU Jian 1, YUAN Jue 1, LIU Wei 1, LI Qiang 2(1.The State Radio_monitoring_center Testing Center, Beijing 100041, China; 2.Department ServiceBureau of the Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)Abstract: This paper discusses the characteristics, structure, excitation method, principle, etc. of slot antenna, and analyzes the radiation principle of slot antenna by discussing the distribution of electric field and current around the slot. The HFSS simulation software is used to build the slot antenna model, calculate the electric field and current distribution, obtain the basic parameters of the slot antenna, and verify the analysis conclusion of the slot antenna principle.Key words: slot antenna; electric dipole; waveguide; electromagnetic simulation作者简介：刘 建（1985-），男，汉族，山东人，中级工程师，硕士，研究方向为通信与网络。

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程1. 引言波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。

高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。

使用HFSS 的3D建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。

利用HFSS 提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。

本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。

并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。

2.基本理论波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。

通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。

根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。

行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于g /2 ，驻波阵在距离终端g /4 处接短路滑块，单元间距均为g /2 ，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。

2.1 波导缝隙天线理论分析波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。

Stevenson 等效电路法，就是根据传输线理论和波导模的格林函数导出矩形波导缝隙的计算公式。

图1所示为波导宽边纵向偏置缝隙及其等效电路。

归一化等效谐振电导为：。

波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。

它广泛用于各种领域：1、地面、舰载、机载雷达2、导航雷达3、气象雷达4、雷达信标天线LL………………………………特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。

同时随着各种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的使用创造了基础。

波导缝隙构成的阵列主要有两种形式，即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。

波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。

下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。

主要讨论的内容：1.波导缝隙天线的设计基础理论2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真（一）波导缝隙阵天线设计的基础理论本章中您主要的目标是：1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。

2.了解波导缝隙的基本等效电路。

3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。

4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。

把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波导终端接匹配负载。

如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙，此缝隙切断波导壁上的传导电流，在缝隙上将产生电场，且对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。

随着缝隙切割在波导壁的位置不同，形成不同的缝隙形式。

若缝隙的几何尺寸、其在波导上的位置以及在波导中传送能量确定，则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。

一般在工程应用中，只要提到波导缝隙的设计，就会想到缝隙的等效电路。

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。

这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。

Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。

在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。

首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。

一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。

如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。

因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。

单缝谐振长度优化示意图如下：设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下：n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化：∑==101212n naK短路波端口g λ41g λ21L可以得到K=0.100598。

由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下：g_1=0.010955，g_2=0.00846 g_3=0.0153，g_4=0.0265 g_5=0.03867，g_6=0.0536 g_7=0.0693，g_8=0.0833 g_9=0.09465，g_10=0.100598选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22.86mm ，窄边b=10.16mm 。

简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文通信技术论文摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种x波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔t和差器,在此基础上完成了天线设计。

仿真结果表明,当中心频率为12 ghz时,和波束增益为28.9 db,第一副瓣电平为-22.2 db,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。

关键词:波导缝隙天线; 低副瓣; 辐射缝隙; 和差器design and simulation of waveguide aperture antenna working in x-bandli gao-sheng, lu zhong-hao, liu feng, he jian-guo(college of electronic science and engineering, national university of defense technology, changsha 410073, china)abstract: the procedures for designing a waveguide aperture antenna are presented. a waveguide aperture antenna working in x-band is designed. the aperture of antenna, number of waveguide, and parameters of aperture including number, width and location are calculated. a wide-arm coupling resonant aperture magic t comparator with half-height waveguide is designed, based on which the design of the antenna is finished. simulation results indicate that gain of the sum beam is 28.9 db and the first side lobe is -22.2 db at 12 ghz. the antenna can attain good parameters such as sum and subtract pattern, voltage stand wave ratio and gain.keywords: waveguide aperture antenna; low side lobe; radiation slot; comparator0 引言随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。

填充非对称倒梯形单脊波导缝隙阵的设计与优化填充非对称倒梯形单脊波导缝隙阵的设计与优化摘要：本文介绍了一种填充非对称倒梯形单脊波导缝隙阵的设计与优化方法。

通过分析波导的传输特性，提出了一种新颖的方式来填充波导的缝隙，进一步优化了波导的性能。

通过数值模拟和实验验证，结果表明，所提出的设计方法和优化思路能够有效提高波导的传输效果。

关键词：非对称倒梯形单脊波导，缝隙阵，设计，优化，传输特性1. 引言非对称倒梯形单脊波导是一种常用的传输设备，它具有传输效率高，带宽宽等优点。

然而，在实际工程中，由于波导的缝隙造成了一定的传输损耗和信号失真。

因此，设计和优化波导的缝隙结构对于提高波导的性能具有重要意义。

2. 波导的传输特性分析首先，我们对非对称倒梯形单脊波导的传输特性进行了分析。

通过数值计算，得到了波导的传输损耗和信号失真程度。

然后，我们发现波导缝隙的存在对于波导的传输特性具有重要影响。

3. 填充缝隙的设计方法为了减小波导缝隙对传输特性的影响，我们提出了一种新颖的填充缝隙的设计方法。

通过合理布置填充材料，使得缝隙处的信号传输得到优化。

具体来说，我们采用了一种层层压实的方式来填充缝隙，以提高填充材料的均匀性和紧密性。

4. 优化填充缝隙的方案为了进一步优化波导的性能，我们对填充缝隙的方案进行了优化。

通过调整填充材料的类型和厚度，使得波导在不同频率范围内具有更好的传输特性。

同时，我们还通过优化缝隙的形状和尺寸，减小了波导的传输损耗。

5. 数值模拟和实验验证为了验证所提出的设计和优化方法的有效性，我们进行了数值模拟和实验验证。

在数值模拟中，我们利用有限元分析软件对设计方案进行了仿真，得到了波导的传输特性曲线。

在实验中，我们制作了样品，并通过实验测试了波导的传输性能。

6. 结果与讨论通过数值模拟和实验验证，我们发现所提出的设计方法和优化方案能够有效提高波导的传输效果。

与传统的填充方式相比，所提出的设计方法能够减小波导的传输损耗和信号失真程度，提高了波导的传输带宽和效率。

2006年用户年会论文用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真顾俊梁子长目标与环境电磁散射国防科技重点实验室航天科技集团公司八院八0二所上海200438[摘要] 本文叙述了波导缝隙阵天线的主要设计过程。

借助Ansys的高级电磁仿真软件FEKO 对天线进行了设计和仿真计算，并与实测数据进行了比较，仿真结果与实际结果吻合,结果说明了该方法的有效性及FEKO软件的高效、准确性。

[关键词] Ansys、Feko、波导缝隙阵、设计与仿真The Design and Simulation of Slot Array AntennaUsing Ansys FekoGu Jun LIANG Zi-chang(China Astronautics Science And Technology Group，No.802 Research Institute of Shanghai Academy of Spaceflight Technology ,Shanghai200438,China ) [Abstract]This paper introduces the main design procedure of slot array. Antenna are designed and simulated by dint of advance electromagnetic FEKO software of Ansys company, the calculated results are consistent with the result from measured data, which assure validity of the method, high effectivity and accuracy of FEKO.[Keyword] Ansys、Feko、slot array、design and simulation1前言波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。

波导缝隙阵引信天线的设计和仿真
徐琰;刘元云
【期刊名称】《制导与引信》
【年(卷),期】2003(024)001
【摘要】介绍了缝隙单元在波导宽边中心线一侧排列的线阵的设计过程,然后应用有限元法来求解缝隙间存在互耦、阵列终端接匹配负载时的缝隙阵天线的方向图,并与实际测量结果进行比较,仿真结果与实验结果吻合.
【总页数】5页(P37-41)
【作者】徐琰;刘元云
【作者单位】上海航天技术研究院802所,上海,200090;上海航天技术研究院802所,上海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TN823.24
【相关文献】
1.单层波导缝隙阵天线的设计与仿真 [J], 杨丽娜;稂华清
2.波导缝隙天线的设计仿真 [J], 蒋德富;刘健
3.一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真 [J], 李高升;卢中昊;刘锋;何建国
4.波导缝隙全向天线设计与仿真 [J], 郑琨;王英民;曲少春
5.共面波导馈电宽带矩形边蝶形缝隙天线的仿真分析与设计 [J], 苏晓恩;薄亚明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。