喇叭天线基础理论

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1、2喇叭天线基础理论2.1喇叭天线的结构特点与分类喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成：一是波导管部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。波导部分相当于线天线中的馈线，是供给喇叭天线信号和能量的部分。对工作于厘米波或毫米波段内的面天线，如采用线状馈线，将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上，所以，必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。(b)(c)(d)图6-5-1昔通刚叽天线刍吉构原理图(a)图2.1普通喇叭天线结构原理图矩形波导中能够传输的波形(或叫模式)一般表示成TEnin,其中第一个下标表示电场在宽边x方向上分布的半波

2、长个数，第二个下标n表示电场在窄边y方向分布的半波长个数。也表示电场在矩形波导中沿x,y方向上为驻波分布，刁方向为行波分布，而且，m,n可以有一个为零，但不能同时为零，否则各横向电磁场量就全部变为零，导致百为一常数，相当于矩形波导中没有电磁波存在。如下图所示：图6-5-1(e)矩形波导中血模式分布对于矩形波导管，其内部传输的主波型，也叫主模是TEg模,对于炯皴导管，其内部翳的主i理也叫逮是％型，称腿电波。该电磁波沿波导管纵向z轴以行播方式传输，暢分量稀垂直枝的传播方向，即沿矩形購管的窄边y轴方向。大小要求沿宽边训作变化，且为驻玻分布，即要赖边a的长度正務于

3、半个披长J把聽披中宽边长度等于半波长；整数倍的其它爾为高嫌或22高赠。高次模織导传輸吋衰减很快，频率更高的高次籬至不能陇形踽中传输。对于也被中的磁场分量，可以號形波寻的横截酚布，也可以沿波的传播方向分布。对于矩形波导中传输的波型还有-种叫隣，即加点，它指的是电磁波只有垂直于传播方向的磁场分量，而对电场分量可以a•波的传播方向，也可以沿垂直于波的传播方向。下标仪询含义与琨点相同。肝圆形祷管,其内部翳的主模是隅，即跡管的内壁周长正惰于半个披11长-,其波寻管半径也正好等于半个菠长-0对不龊此耕的高次擀詢彼雅输哺22衰减速度很快,传输距离自然很近,陨认为確进行做

4、由于横电破中的电场握1定是垂直于披能输方冋，而与怫5横电披的購管相连接的輙天练其口面场中的电场瓦,只能碱导中的电场处于同-方向,磁场比和鵝中的磁场同方亂根据逹样的分布特点,把与矩JI皴导相釀的窄边y逐洲研〔宽1:1加保持筱)构成的輙超，称为E面翩飘超,如图6・5・l(b)所示;把与賜丹对应的宽加逐渐张开〔窄切保持不变)构成的輙天统称为H面扇辦叽毬,如图651⑴所示;■OA咖见应亠乍£-®pITT=$I为八、ks△口TTMoTTVAx&HJnK-日疋fhv41期ErhoTo==T1emkSE>「H

5、1s可XJJAxE7i口zz优41励5密八■■■亠乍IrpTLrl为44DAVr删伽丽耐®挪删爛刪睥I1:12.2喇叭天线的口径场和辐射场分布与方向性2.2.1矩形喇叭天线口面场分布规律2.2.1.1矩形喇叭天线的口面场结构为了说明喇叭天线的口面场结构，可用一个矩形喇叭来说明。图6-5-2画出了一个矩形扇形喇叭天线的场分布图。(1)当矩形波导前端面开口时，也同样能产生电磁辐射，只是因为口面直径太小，按面天线理论，口面积越大，辐射场越强，方向性越好。这样由矩形波导前端面产生的辐射场强将较弱，方向性也相对较差。如果采用开口形状喇叭，口面积相对增大，辐射场也将增

6、强；(2)当矩形波导前端开口时，将造成电磁波在波导内、外的存在空间不同。两个大小不同的空间环境对电磁波呈现的阻抗也不相同，其结果就是电磁波在波导中形成驻波形式，影响能量传输。如把波字开口做成喇叭形状，可以使电磁波由波导传到大空间时有一个渐变过程或过渡过程，这样能减缓阻抗的骤变，使电磁波在波导内传输时的驻波成份减少，有利于提高能量在波导中的传输效率。(2)当矩形波导前端做成喇叭形状，电磁波载波道中的传输效率得到了提高，但由于喇叭和矩形波导形状上的差异，必将导致传到喇叭中电该波的波阵面成为柱面(与矩形波导对应的喇叭)或球面形状(与圆形波字对应的喇叭)。这样在喇

7、叭口面上形成的口面场Es成为非均匀口面场结构，即在口面上各点Es的相位和振幅大小不再相等，这将造成喇叭天线辐射场方向性变坏。2.2.1.2矩形喇叭天线口面场相位分布特点根据天线辐射场一般表示式，其辐射场E&和比最终是由口面场Es决定的。因此对口面场Es的振幅和相位分析，就成为分析喇叭天线的首要问题。以H面扇形喇叭天线为例，并假定激励H面扇形喇叭的巨型波导TEg型波。由于H面扇形喇叭相当于矩形波字宽边x逐渐扩展而成，因此其口面场Es=Evv的相位将随宽边x坐标发生变化，与保持不变的窄边y无关，或者说比相位沿窄边y保持均匀分布，如图6-5-3所示。S6-5-3

8、楔形喇叭的尺寸与坐标图中Dx、Dy为H面扇形喇叭天线的口径宽度；R