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。
L

ZL ZL

Z0 Z0
ˆ ˆ 2 ˆ 1 8.105
有了口径场的表达式，根据式（8―2―3）和（8―2―4）就可以分别计算角锥喇叭
ˆ 2 ˆ 1
TE 10

10.67
1 ( )2
η
μ ε
2a
fc10
1
2a
up 2a
开口波导辐射器
喇叭天线（Horn Antennas）是最广泛使用的微波天 线之一。喇叭天线除了大量用做反射面天线的馈源 以外，也是相控阵天线的常用单元天线，还可以用 做对其它高增益天线进行校准和增益测试的通用标 准。它的优点是具有结构简单、馈电简便、频带较 宽、功率容量大和高增益的整体性能。
面天线（口径天线）的基本问题：求面天线的辐射场，怎么求？？
V 初级辐射源 o
S1
Vi S2
口径场法原理图
近似：把某些条件理想化的条件下，不顾空间Vi和Vo中场 之间的相互联系，认为外界的场不影响内部的场，即在与 外部无关的条件下（1）求解内部的场，从而求得（2）S2 （口径面）上场的分布，通过口径面的场（3）求解外部区 域的场
H面喇叭
E面喇叭
角锥喇叭
图6―3―1 普通喇叭天线
圆锥喇叭
6－3 喇叭天线
（1）喇叭天线结构
（2）口径场分布
（3）远区场 由6-2-3 and6-2-4 积分得到E面和H面的辐射场
（4）口径天线电参数
角锥喇叭天线结构尺寸与坐标 LH
y
LE
x
a
OH
OE
b
bh z
ah
a、b为波导的宽边和窄边尺寸;ah、bh为相应的口径尺寸。OE、OH分别为E面、H面 的顶点； LE、LH分别为E面和H面长度; LE≠LH时，为楔形角锥喇叭；当LE=LH时， 为尖顶角锥喇叭；当ah=a或LH=∞时，为E面喇叭；当bh=b或LE=∞时，为H面喇叭。 喇叭天线可以作为口径天线来处理。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭 结构波导的相应截面的导波场来决定。
（2）口径场分布
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。从原理上来说，波导开口端和喇叭天线是很简单的天线，但严格求解它 们的口径场及外场却相当困难。 首先波导开口端面上与喇叭口面上的场分布 与无限长波导内的场分布不同，而且空间传播的TEM波也不同，是结构较为 复杂的波,在口面上除了入射波，还有反射波。再次，在口面上除了主波以外， 在波导口及波导与喇叭连接处还有高次波型。此外由于波导和喇叭的开放性结 构，波导开口和喇叭开口边缘处和外壁上都有电流存在，它们也参与辐射。
第六章 面天线（口径天线）高增益，窄波束
口径天线指 径天线可以认为有两个基本的组成部分，一部分是将高频电流能量转换为电磁波 辐射能量，称为馈源，它可以是终端开口波导，喇叭，振子等弱方向性天线；另 一部分用来产生所需要的方向性，如抛物面，双曲面，透镜等

xs2 LH
ys2 LE
, 最大相位偏移 m

4

ah 2 LH

bh 2 LE
(6 3 2)
Es

Ey

E0
cos xs
ah
e ，H
j

xs2 LH

ys2 LE

s

Hx

Ey
120
(6 3 1)
叭口径场为：
x

x2 LH
,当x

a2h x时出现xL2最大4相axm2位x2偏移 2，ax2xmxm
平方率的相位分布 ah2 4 LH
y

y2 LE
,当x

bh 2
时出现最大相位偏移，ym

bh2 4 LE

x
y
基本假设：(1)在喇叭与波导连接处，尽管产生高次模，但如果开口不是很大， 除主模外的高次模，会很快的衰减掉，认为仍然只有主模传输（2）尽管除了 入射波，还有反射波，但波导开口面逐渐张开，改善了它与自由空间的匹配，
反射波减小，只考虑入射波（3）尽管边缘处和外壁上都有电流存在， 但辐射较小，不考虑边缘处和外壁上都有电流辐射问题，即边假设缘与外壁