天线10_喇叭天线与反射面天线
天线原理与设计4.3 喇叭天线
喇叭天线由逐渐张开的波导构成。如图所示，逐渐张开的过渡段既可以保证波导与空间的良 好匹配，又可以获得较大的口径尺寸，以加强辐射的方向性。喇叭天线根据口径的形状可分 为矩形喇叭天线和圆形喇叭天线等。图6―3―1中，图(a)保持了矩形波导的窄边尺寸不变， 逐渐展开宽边而得到H面扇形喇叭（H-Plane Sector Horn）；图(b)保持了矩形波导的宽边尺 寸不变，逐渐展开窄边而得到E面扇形喇叭（E Plane Sector Horn）；图(c)为矩形波导的宽 边和窄边同时展开而得到角锥喇叭（Pyramidal Horn）；图(d)为圆波导逐渐展开形成的圆锥 喇叭。由于喇叭天线是反射面天线的常用馈源，它的性能直接影响反射面天线的整体性能， 因此喇叭天线还有很多其它的改进型。
上电流为零（4）尽管口径场与无限长波导内的场分布不同，但假设喇叭天线 口径面场近似为无限长喇叭的场分布。
当工作频率远高于波导的截止频率时，其结果与严格解所得的结果基本上一致。
L
ZL ZL
Z0 Z0
ˆ ˆ 2 ˆ 1 8.105
ˆ 2 ˆ 1
ημ ε
TE 10
1(
)2
10.67 a ,1T0E
2a
在忽略波导连接处及喇叭口径处的反射及假设矩形波导内只传输TE10模式的条 件下，喇叭内场结构可以近似看作与波导的内场结构相同，只是因为喇叭是逐
渐张开的，所以扇形喇叭内传输的为柱面波，尖顶角锥喇叭内传输的近似为球
面波;因此在一级近似的条件下，喇叭口径上场的相位分布为平方律，角锥喇
H面喇叭
E面喇叭
角锥喇叭
圆锥喇叭
6－3 喇叭天线
波导开口端是最简单的口径面天线，由于它的几何面积小，所以方向性不强，方 向系数低，且口面上的反射系数大。为克服这两个缺点，提高定向辐射能力，增 大口径面积并减小反射系数，人们把波导的四壁逐渐向外张开，就构成喇叭天线。
卫星通信天线简介
常用卫星通信天线简介天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。
目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
最新2讲Deng喇叭天线和抛物面天线汇总
2讲D e n g喇叭天线和抛物面天线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。
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，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2 H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：«Skip Record If...»一般«Skip Record If...»，所以«Skip Record If...»，因此有«Skip Record If...»带入上式，，得到«Skip Record If...»的无穷级数展开式为«Skip Record If...»由于«Skip Record If...»，则沿口径面上任意点M的相位偏移近似取第一项为：«Skip Record If...»（1）边缘上A点的相位偏移最大为（«Skip Record If...»）：«Skip Record If...»（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。
常用卫星通信天线介绍
常用卫星通信天线介绍（一）寇松江(爱科迪信息通讯技术有限公司，北京，100070)E -mail:天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。
2讲 Deng 喇叭天线和抛物面天线
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。
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，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2 H 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：122)x k MN MN R ππϕλλ=-=-=-一般11d R ，所以1x R ，因此有2413111128x x R R R R =≈+-+带入上式，，得到x ϕ的无穷级数展开式为24311211()28x x x R R πϕλ=--+ 由于11x R ，则沿口径面上任意点M 的相位偏移近似取第一项为：21x x R πϕλ=- （1） 边缘上A 点的相位偏移最大为（12d x =）： 21max 14x d R πϕλ=- （2） 与喇叭相连的矩形波导内通常传输主模为TE 10模，场的振幅沿宽边为余弦分布。
几种天线的比较
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。
目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
(整理)几种天线的比较.
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。
目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
12.喇叭天线(1)
式中， v1 , v2 由式(10.11)给出。由上式可绘出 GH 参变量为
λ
b
随口径尺寸
DH
RH
λ
，见图 10-4。在
RH
λ
一定的情况下， GH
பைடு நூலகம்
λ
b
λ
随
DH
λ
变化都有一个最大
219
《天线原理与设计》讲稿
王建
值。在各最大值点处，可列出关系表 10-1。
图 10-4 H 面扇形喇叭增益与喇叭尺寸的关系 表 10-1 增益最大值处 RH / λ 和 DH / λ 的关系表 RH/λ 8 10 12 15 20 30 50 GHλ/b 39.62 44.3 48.53 54.24 62.65 76.73 99.1 DH/λ 5 5.6 6.2 6.8 8 9.8 12.6 D R 由此表可归纳出 H 与 H 有如下近似关系：
王建
+e
jβ
[C (u4 ) + C (u3 ) − jS (u4 ) − jS (u3 )]
(10.9)
π RH j2 β D I e = [C (v2 ) + C (v1 ) − jS (v2 ) − jS (v1 )] 同理可得 E β
2 H
π 2 RH
(10.10)
式中， v1 =
IH = IH1 + IH 2 1 = 2
π RH β
RH π 2 jβ 2 ( β DH + sin θ ) e [C ( u2 ) + C ( u1 ) − jS ( u2 ) − jS ( u1 ) ]
217
《天线原理与设计》讲稿
标准增益喇叭天线
标准增益喇叭天线在无线通信领域，天线是起到收发信号的重要器件。
而在天线中，增益喇叭天线是一种常见的天线类型，它具有较高的增益和较宽的覆盖范围，因此在很多应用场景中得到了广泛的应用。
本文将介绍标准增益喇叭天线的相关知识，包括其原理、结构和应用等方面的内容。
首先，我们来了解一下标准增益喇叭天线的原理。
增益喇叭天线是一种具有较高方向性的天线，其主要原理是通过天线结构的设计，使得信号在特定方向上的辐射能量更集中，从而提高信号的接收和发送效果。
这种天线通常采用喇叭状的结构，通过合理的设计和加工工艺，实现对特定频段信号的辐射和接收，从而达到增强信号的效果。
其次，我们来了解一下标准增益喇叭天线的结构。
一般来说，增益喇叭天线由喇叭、馈源和反射器等部分组成。
其中，喇叭部分起到信号的辐射和接收作用，其结构和尺寸对天线的性能有着重要影响；馈源部分则是提供信号的输入和输出，通常采用耦合装置与喇叭相连；反射器部分则可以起到增强天线方向性和辐射效果的作用。
这些部分的合理设计和组合，可以使得增益喇叭天线在特定频段具有较高的增益和较宽的覆盖范围。
再次，我们来了解一下标准增益喇叭天线的应用。
增益喇叭天线由于具有较高的增益和较宽的覆盖范围，因此在很多应用场景中得到了广泛的应用。
比如，在通信基站中，增益喇叭天线可以实现对特定方向上的信号覆盖，提高通信信号的传输质量；在雷达系统中，增益喇叭天线可以实现对目标的精确定位和跟踪；在卫星通信中，增益喇叭天线可以实现对地面用户的覆盖和通信连接。
可以说，增益喇叭天线在无线通信领域中有着非常重要的应用价值。
综上所述，标准增益喇叭天线是一种具有较高增益和较宽覆盖范围的天线类型，其原理是通过合理的结构设计实现对特定方向上信号的辐射和接收。
在实际应用中，增益喇叭天线具有广泛的应用价值，可以实现对特定方向上信号的精确定位和跟踪，提高通信信号的传输质量，实现对地面用户的覆盖和通信连接。
因此，对于增益喇叭天线的研究和应用具有重要的意义，也是无线通信领域中的一个热点方向。
各类天线定义以及相关指标
各类天线定义以及相关指标各类天线定义以及相关指标2009年07月11日星期六 15:25天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。
这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。
【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。
它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。
所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。
天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。
【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。
实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。
在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。
最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。
有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。
【波瓣宽度】有时也称波束宽度。
系指方向性图的主瓣宽度。
一般是指半功率波瓣宽度。
当L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。
L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。
因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。
所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。
【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。
为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。
任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。
按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。
喇叭天线喇叭天线
一、课题背景电磁喇叭天线是最简单而常用的微波天线。
它的主要优点是结构简单，馈电简便，便于控制主面波束宽度和增益，频率特性好且损耗较小。
它由波导逐渐张开来形成，其作用是加强方向性，这与声学喇叭的原理相似。
若主模TE10的矩形波导的宽边尺寸扩展而窄边尺寸不变则称为H 面扇形喇叭；若窄边尺寸扩展而宽边尺寸不变，则称为E 面扇形喇叭；若矩形波导的两边尺寸都扩展，则称为角锥喇叭。
圆锥喇叭由载TE11模的圆形波导扩展而成。
可见喇叭天线起着将波导模转换为空间波的过渡作用，因而反射小，使其输入驻波比低且频带宽。
喇叭天线广泛用做各种反射面天线和透镜天线得到馈源，也用作微波中继站的独立天线和测试天线增益的标准天线。
(1)E 面扇形喇叭 (2)H 面扇形喇叭 (3)角锥喇叭 (4)圆锥喇叭图1 几种常见的喇叭天线喇叭天线就其结构来讲可以看成两大部分构成：一是波导部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。
波导部分相当于天线中的馈线，是提供喇叭天线信号和能量的部分。
喇叭天线可视为张开的波导。
喇叭的功能是在比波导更大的口径上产生均匀的相位波前，从而获得较高的定向性能。
矩形波导中的TE10模传输到波导和喇叭的口面时，口面上的波可以作为次级源再次辐射。
普通喇叭天线结构原理图如图2所示。
图2 喇叭天线结构辐射图T次 级源次级源二、喇叭天线尺寸计算2.1、公式推算本设计需要设计一个K 波段（18GHz-26.5GHz ），用WR-42矩形波导来馈电，最大增益大于15dB 的喇叭天线。
喇叭天线波导部分可百度查阅K 波段标准矩形波导尺寸得到，矩形波导的长度可选为 1.2*λ。
典型的角锥喇叭的尺寸如下图所示。
(1)几何结构(2)X-Y 面横截面(H 面)(3)Y-Z 面横截面(E 面)图3 角锥喇叭几何关系由[1]知H R 一定，有一最佳的喇叭口径宽度h a ，并发现其近似规律为H h R a λ3=(1)同理，E R 一定，有一最佳的喇叭口径宽度h b ，并发现其近似规律为H h R λ2b =(2)由图3(b)(c)根据相似三角形原理得：h H a aR R -=1(3) hE b bR R -=1(4) 224223432383ah a hhe G a e b G aa a πλπλ=+-(5) 直接求此4次方程的根相当复杂，但可以用数值计算的软件求解也可以用试凑法求解第一种近似解为G a h λ45.0=(6)喇叭天线的欧姆损失很小，因此其方向系数就是增益即a h h e b a G 24λπ=(7)设计步骤如下：1、用试凑法解出式(5)中的h a ，取51.0=a e 。
[整理]2讲Deng喇叭天线和抛物面天线
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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。
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，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2 H 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：122)x k MN MN R ππϕλλ=-=-=-一般11d R ，所以1x R ，因此有2413111128x x R R R R =≈+-+带入上式，，得到x ϕ的无穷级数展开式为24311211()28x x x R R πϕλ=--+ 由于11x R ，则沿口径面上任意点M 的相位偏移近似取第一项为：21x x R πϕλ=- （1） 边缘上A 点的相位偏移最大为（12d x =）： 21max 14x d R πϕλ=- （2） 与喇叭相连的矩形波导内通常传输主模为TE 10模，场的振幅沿宽边为余弦分布。
第十章喇叭天线
jβ
RH π D /2 ( −sinθ )2 H 2 β DH −DH /2
∫
e
− jβ
RH x π −sinθ + 2 RH β DH
2
dx
1 π RH j β e = 2 β
RH π ( − sin θ ) 2 2 β DH
{C (t ) − C (t ) − j [ S (t ) − S (t )]}
x = x2 =
DH 时， 2
DH π − − sin θ = u2 2 RH β DH
(10.5b)
得
1 π RH jβ IH1 = e 2 β
1 π RH j β e = 2 β
x
RH π t ( +sinθ )2 2 − j π t 2 2 β DH 2
∫e
t1
dt
(10.6)
4 3 4 3
(10.7)
169
《天线原理与设计》讲稿
王建
式中，
t3 = −
β RH π
DH π − + sin θ = −u3 2 RH β DH
(10.8a)
t4 =
β RH π
DH π + − sin θ = u4 2 RH β DH
(10.8b)
t=
β x π [ − RH ( + sin θ )] = π RH β DH
β π RH
dx ，
dt =
dx =
π RH dt β
x = x1 = −
DH 时 ， 2
t1 = −
t2 =
β RH π
β RH π
DH π + + sin θ = −u1 2RH β DH
第十章 喇叭天线(上)
第十章喇叭天线（Horn Antennas）喇叭天线是使用最广泛的一类微波天线，它常用于如下几个方面：○1大型射电望远镜的馈源，卫星地面站的反射面天线馈源，微波中继通讯用的反射面天线馈源；○2相控阵的单元天线；○3在天线测量中，喇叭天线常用作对其它高增益天线进行校准和增益测试的通用标准等。
这一章将介绍分析喇叭天线的基本理论，衡量喇叭天线性能的一些电气指标及喇叭天线的设计等内容。
喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，见P225图10-6，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
■喇叭天线分类：① 圆波导馈电的喇叭一般是圆锥喇叭；② 矩形波导馈电的喇叭根据扩展的形式不同分为三种喇叭，即E面扇形喇叭(由扩展其窄边形成)；H面扇形喇叭(扩展其宽边形成)；和角锥喇叭(其宽边、窄边均扩展而形成)；③ TEM喇叭；④ 脊波导喇叭等。
这一章主要讨论前两类喇叭天线。
■喇叭天线的分析方法(1)解内问题，求口径面上的电磁场分布喇叭的渐变扩展部分也可看作是波导，与分析波导中场分布时把波导看作无限长波导一样，首先也是把喇叭看作是一无限长渐变波导，由麦氏方程出发，求边值问题。
用分离变量法求解喇叭渐变波导中的电磁场表示，然后把实际的有限长喇叭口径面上的电磁场，看作是无限长喇叭在同一截面上的电磁场。
这样的近似，忽略了喇叭口径面所产生的反射波及高次模，这将带来一定的误差。
但是，喇叭口的反射系数不大，而高次模又相对较弱，在工程上，这点误差可忽略。
（2）解外问题由喇叭口径面上的场分布求远场。
10.1 H 面扇形喇叭（H －Plane Sectoral Horn ）它是按一定张角02ϕ扩展矩形波导的宽边而构成的，窄边不变。
喇叭口径尺寸为D H ×b ，虚顶点到口径中心的距离为R O ′O H =D H /(2tg 0ϕ)。
面天线的理论介绍
口面辐射的一些函数曲线
（3）波瓣宽度
令 F()si n0.707
1.39
23 d B ,E 0 .8 9D 2(ra d ) 5 1 oD 2
同理，可得到H面的半功率波瓣宽度为
23 d B ,H0 .8 9D 1(ra d) 5 1 oD 1
可见口面尺寸越大， 半功率波瓣宽度越小， 方向性越强。
口径辐射场zrsrmr任意形状的口面上小面元ds在空间产生的场为sin1cos21syjkrsyjkredxdydejeredxdydej??????????????yxsdscos1cos2yjkrydejer??????????sincossinsinrssrrrerxy??????????xsysrexey??每个小面元的位置矢图中sincossinsinsincossinsinsin1cos2cos1cos2sssssyjkxyjkrsyjkxyjkredxdydejeeredxdydejeer???????????????????????????????对其积分可得sincossinsinsincossinsin1sin1cos21cos1cos2ssssjkxyjkrsysssjkxyjkrsysssejeeedxdyrejeeedxdyr???????????????????????????????????e面内90sin1cos20sjkyjkrsysssejeeedxdyre???????????h面内0sin01cos2sjkxjkrsyssseejeeedxdyr???????????方向系数及口径利用效率主要讨论同相场平面口径天线或近似同相场情况d????特定方向辐射功率每单位立体角为2222200?????2222200000pmperefr????????????同相口径场的辐射场通常是在口径的法线方向取得最大值0jkrmpssjeeeexydxdyr???????总辐射场功率即通过天线口径的全部实功率200sspexydxdy?????222044ssexydxdypdfdf??????????????带入方向系数定义式得22ssdfdfpexydxdy????????????2224ssssexydxdydexydxdy?????式中是面天线最大辐射方向0的方向系数天线口径场如果为均匀分布
常用卫星通信天线介绍
常用卫星通信天线介绍天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。
目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
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y ds(xs , ys)
x R
y
M(r , , )
s
S O
r
x
z
当观察点很远时，可近似认为R ‖ r，R可表示为
R r s er r xs sin cos ys sin sin
对于E平面（yOz平面），
2
，R≈r-yssinθ，辐射场为
EE
E
j 1 (1 cos )e jkr 2r
J en Hx
J m en Es
上式中的等效面电流与等效面磁流正是实际天线的 等效场源。
故由所有惠更斯元的辐射之和即得到整个口径面的辐 射场。为方便计算，口径面S2通常取为平面。当由口径 场求解辐射场时，每一个面元的次级辐射可用等效电流
元与等效磁流元来代替，口径场的辐射场就是由所有
等效电流元（等效电基本振子）和等效磁流元（等效
在研究天线的方向性时，通常更关注两个主平面的情 况，所以下面也只讨论面元在两个主平面的辐射
1.E平面（yOz平面）
电基本振子产生的辐射场为
Hx
Ey
120
dEe
j
60
(
H
xdx)dy r
sin
e
jkr
ea
磁基本振子产生的辐射场为
dE m
j
(Eydy)dx
2r
e
e jkr a
y
I
Im
O
dEe dEm
2013.5.1
主要内容
1 等效原理 2 惠更斯元的辐射 3 平面口径的辐射 4 喇叭天线 5 旋转抛物面天线 6 卡塞格伦天线
面天线
深空探测网
天文望远镜
阿雷西博射电望远镜，球面天线直径305米，深508米
2007年7月10日，国家发展和改革委员会原则同意将500米口径球面射电望远镜 （FAST）项目列入国家高技术产业发展项目计划，中国科学院国家天文台FAST项目 正式完成国家立项。项目建设地点为贵州省黔南自治州，建设期5.5年。
HPrSi，nc根ip据le惠)，更包斯围原波理源(H的u闭yg合e面n‘sS1
S2
上的各点都可作为二次波源，它
们共同决定了面外任意一点的场，
这些二次辐射源称为惠更斯元。
以包围源的一个闭合面做为二次辐射源，相当于使闭 合面内的场为零，这种假设使得在界面两侧，场由零跃 变为Hs,Es，即发生了不连续，这种不连续只有在界面 上存在相应的面电流与面磁流时才能发生，由此证明， 界面上的等效面电流密度与等效面磁流密度为
面天线结构与等效原理
面天线的结构与等效原理
如图所示，面天线通常由金属面S1和初级辐射源组成。设 包围天线的封闭曲面由金属面的外表面S1以及金属面的口 径面S2共同组成，由于S1为导体的外表面，其上的场为零，
于是面天线的辐射问题就转化为
初级 辐射源
口径面S2的辐射。
由于口径面上存在着口径场ES和
磁基本振子）所共同产生的。这就是电磁场理论中的 等效原理(Field Equivalence Theorem)。
圆形口径面
矩形口径面
惠更斯元的辐射
惠更斯元的辐射
如同电基本振子和磁基本振子是分析线天线的基本辐 射单元一样，惠更斯元是分析面天线辐射问题的基本 辐射元。
如图所示，设平面
y
口 径 面 （ xOy 面 ）
x
上的一个惠更斯元 ds=dxdyen ， 其 上有着均匀的切向
dx Ey H x o ez
电场Ey和切向磁场 dy
等效
Hx。
ds dxdy
J
m x
r
Jy
)
z
Hx
Ey
120
负号由场矢量与电波 传播方向关系决定
根据等效原理：
1.等效电基本振子
面元上的等效面电流密度为
J en Hx J y
相应的等效电基本振子电流的方向沿y轴方向，其长 度为dy，数值为
j1
2r
Ey cos e jkrdse
dEm dEe
r
z
于是，惠更斯元在H平面上的辐射场为
dEH
j
1
2r
(1
cos
)
E
y
e
jkrdse
Hale Waihona Puke 两主平面的归一化方向函数均为
FE ( )
FH
( )
1 2
(1
cos )
90°
120°
60°
惠更斯辐射元的归一
化方向图如图所示。 150°
30°
由方向图的形状可以
看出，惠更斯元的最 大辐射方向与其本身
180°
0°
垂直。如果平面口径
由这样的面元组成， 而且各面元同相激励，
150°
30°
则此同相口径面的最
大辐射方向势必垂直 于该口径面。
120°
60° 90°
惠更斯元归一化方向图
平面口径的辐射
平面口径的辐射
如图，设有一任意形状的平面口径位于xOy平面内， 口径面积为S，其上的口径场为Ey，因此该平面口径 辐射场的极化与惠更斯元的极化相同。
s Ey ( xs , ys )e jkys sin dxsdys
对于H平面（xOz平面），φ=0，R≈r-xssinθ，辐射场为
EH
E
j
1
2r
(1 cos )e jkr
s Ey (xs , ys )e jkxs sin dxsdys
平面口径辐射的方向系数
只要给定口径面的形状和口径面上的场分布，就可以求 得两个主平面的辐射场，分析其方向性变化规律。
r
z
e e
dE e
j
Ey
2r
cos
e
jkr
dxdye
dE m
j
Ey
2r
e
jkrdxdye
于是，惠更斯元在E平面上的辐射场为
dEE
j
1
2r
(1 cos )Eye jkrdse
x
2.H平面（xOz平面）
电基本振子产生的辐射场为
Im
dEe
j
1
2r
Eye
jkr dse
I
O
磁基本振子产生的辐射场为
dEm
y ds(xs , ys)
x R
y
M(r , , )
s
S O
r
x
z
平面口径坐标系
坐标原点至远区观察点M(r,θ,φ)的距离为r，面元ds(xs,ys) 到观察点的距离为R，将惠更斯元的主平面辐射场积分可得 到平面口径在远区的两个主平面辐射场为
EM
j 1 (1 cos ) 2r
s Ey ( xs , ys )e jkRdxsdys
对于同相平面口径，最大辐射方向一定发生在θ=0处， 根据方向系数的计算公式
D r2 Emax 2 (60Pr )
Emax
E 0
j1
r
e jkr
s Ey (xs , ys )dxsdyseˆ
Emax
1
r
I J ydx H xdx 注意此处dx意义（表示
沿x方向等效面电流密度 的不均匀）
2.等效磁基本振子
面元上的等效面磁流密度为
Jm
en
Ey
J
m x
相应的等效磁基本振子磁流的方向沿x轴方向，其 长度为dx，数值为
I m J xmdy Eydy
惠更斯元的辐射
相互正交放置的等效电基 本振子和等效磁基本振子 的辐射场之和。