喇叭天线和抛物面天线

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1、...第二讲常见口径面天线一、喇叭天线1.喇叭天线的种类、结构和特点根据惠更斯原理，终端开口的波导可以构成一个辐射器，但是波导口面的电尺寸很小，辐射方向性弱。而且，在波导开口处波导与开口面外的空间不匹配，会产生严重的反射，不宜作为天线使用。将波导的截面均匀地逐渐扩展，形成如图1所示的喇叭天线。它们不仅扩大了天线的口面尺寸，同时改善了口面的匹配情况，从而取得了很好的辐射特性。图1喇叭天线种类上图表示了几种常用的喇叭天线。当矩形波导的截面仅在H面展宽时，形成H面扇形喇叭；仅在E面展宽时，形成E面扇形喇叭；同时在E面和H面展宽则形成角锥喇叭；由圆波导均匀展开形成圆锥喇叭。

2、喇叭天线时一种应用很广泛的微波天线。它具有结构简单、重量轻、易于制造、工作频带较宽、功率容量大等优点。合理选择尺寸，可以获得良好的辐射特......性、相当高的方向系数、相当尖锐的主瓣、比较小的副瓣。喇叭天线可以作为独立的天线，也可以作为反射面天线及透镜天线的馈源，还能用作收发共用的双工天线。在天线测量中，也被广泛用作标准增益天线。2.喇叭天线口面为了确定喇叭天线的辐射特性，必须了解喇叭口面上场的分布，即求解喇叭的内场。求解喇叭内电磁场常采用近似的方法：认为喇叭为无限长，忽略外场对内场的影响，把喇叭的内场结构近似看做与标准波导内的场结构相同，只是因为喇叭是逐渐张开的

3、，使得波形略有变化。在平面状的喇叭口面上，场的振幅分布可近似认为与波导截面上相似，但是口面上场相位偏移的影响则不能忽视。图2(a)、(b)分别表示H面及E面扇形喇叭的几何参数，下面我们来计算口面场上的相位偏移。图2H面、E面扇形喇叭几何参数图如图2(a)所示，到口面上M点的波程比到口面中心O点的波程长MN的距离。设口面中心处O点的相位偏移为0，则口面上任一点M的相位偏移表示为：2222kMNMN(RxR)x11一般dR，所以xR，因此有11122422x1x1xRxR1R1113R2R8R111......

4、带入上式，，得到的无穷级数展开式为x2421x1x()x32R8R11x由于1，则沿口径面上任意点M的相位偏移近似取第一项为：R12x（1）xR1d1边缘上A点的相位偏移最大为（x）：22d1（2）xmax4R1与喇叭相连的矩形波导内通常传输主模为TE10模，场的振幅沿宽边为余弦x分布。因而，喇叭口面的电场分布为：波导内EyE0cos()d12xxjEEcos()eR1（3）y0d1同理，对于E面扇形喇叭，口面沿y轴向上任意点的相位偏移为：2y（4）yR2d2边缘上最大位移偏移点的相位偏移为：y22

5、d2（5）ymax4R2喇叭口面的电场分布为：2yxjREEcose2（6）y0d1对于角锥喇叭来说，当中心点相位为0时，口面上任意点的相位偏移为22xy()（7）RR12顶角处最大相位偏移点的相位偏移为......22dd12()（8）max4RR12喇叭口面上的电场分布为：22xyxj()EEcos()eR1R2（9）y0d1......矩形喇叭实测E面和H面波瓣图随张角和喇叭长度的变化规律（角锥喇叭随尺寸方向图变化动画）3.矩形喇叭的最佳尺寸在矩形喇叭的E面，口面场的振幅为均匀，相位按平方率变

6、化的情况下，2d2当时，相位偏移对方向性影响不大；相位偏移进一步增大，当ymax4R22时，主瓣明显展宽，甚至在主辐射方向形成凹陷。所以，由ymax22d2，可以得到d2的最佳尺寸为：ymax4R22d2R（10）22在矩形喇叭的H面，口面场振幅按照余弦分布，相位按平方率变化的情况下，由于口面场边缘相位偏移最大处的振幅很小，相位偏移对方向性影响减弱，23d31因而允许边缘相位偏移较大，可达。由，可得到d1的最佳ymax44R41......尺寸为d3R（11）11在最佳尺寸关系条件下，E面和H面扇形喇叭的方向系数均

7、近似为：4AD0.642口径效率利用0.64。此时，口面场的最大相位差为a13()max24在最佳尺寸关系下，角锥喇叭天线的方向系数及口面利用效率分别为：4AD0.51，0.51。2a喇叭天线的效率很高，1。由GD，可近似认为他的增益和方向系数相等。二、抛物面天线一、概述反射面天线和阵列天线一样，都能实现高增益、低副瓣、在仰角上有宽的覆盖范围。它们之间的本质区别是口面场幅相分布，面天线是连续分布，而阵列天线是离散分布。阵列天线可以独立的控制各个单元的幅相，并能合理的分配功率，而面天线不能。面天线优势：实现成本低、不需要复杂的馈