deng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

2、展宽则形成角锥喇叭；由圆波导均匀展开形成圆锥喇叭。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。1.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

3、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，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：一般，所以，因此有带入上式，，得到的无穷级

4、数展开式为由于，则沿口径面上任意点M的相位偏移近似取第一项为：（1）边缘上A点的相位偏移最大为（）：（2）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分布。因而，喇叭口面的电场分布为：波导内（3）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：（4）边缘上最大位移偏移点的相位偏移为：（5）喇叭口面的电场分布为：（6）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（7）顶角处最大相位偏移点的相位偏移为（8）喇叭口面上的电场分布为：（9）矩形喇叭实测E面和H面波瓣图

5、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）1.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，相位按平方率变化的情况下，当时，相位偏移对方向性影响不大；相位偏移进一步增大，当时，主瓣明显展宽，甚至在主辐射方向形成凹陷。所以，由，可以得到d2的最佳尺寸为：（10）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，因而允许边缘相位偏移较大，可达。由，可得到d1的最佳尺寸为（11）在最佳尺寸关系条件下，E面和H

6、面扇形喇叭的方向系数均近似为：口径效率利用。此时，口面场的最大相位差为在最佳尺寸关系下，角锥喇叭天线的方向系数及口面利用效率分别为：，。喇叭天线的效率很高，。由，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、不需要复杂的馈电网络、没有栅瓣问题，可以很方便的做到

7、宽频带、圆极化。喇叭天线是最简单的面天线。它有一个重大缺陷，就是其口面尺寸因口面场按平方律相位分布而不能太大，因而其方向性不可能太强。在实际应用中(如雷达、卫星通信等)往往要求天线具有很强的方向性，此可由反射面天线(主要介绍旋转抛物面天线)来完成。反射面种类很多，各种曲面反射面和多反射面系统。产生强方向性的面天线中用得最多的是旋转抛物面天线。旋转抛物面天线的发明是受到探照灯的启示。人们早就知道，旋转抛物镜面可以把其焦点发出的发散光线经反射后会聚成平行光束以照射较远的地方。由此可用一旋转抛物面形状的金属面作反射面

8、，而把一个馈源(产生电磁波的初级辐射器)置于焦点处，即构成了旋转抛物面天线。当馈源接发射机时构成发射天线，馈源接接收机时为接收天线。分析时，设其处于发射状态。此时，由馈源产生的方向性较弱的初级辐射波束经金属面反射后可形成方向性很强的针状波束。由于旋转抛物面天线是利用金属反射面对馈源来波进行反射而增强辐射方向性的，因此也称为反射面天线。根据互易定理可知，在接收状态，旋转抛物面形金属面可以