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

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 a

R R -=1(3) h

E b b

R R -=1(4) 2

2234

32383a

h a h

e 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 2

4λ

=(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 。

2、由式(7)求出h b ：

h a G b πλ04.22

=(8)

3、由式(1)求H R ，并由式(3)求得R ，并由式(4)求出E R ：

32h H a R =；)1(h H a a R R -=；)1/(h E b b R R -=

或者由式(2)求E R ，并由式(4)求得R ，并由式(3)求出H R ：

h E b R =；)1(h E b b R R -=；)1/(h H a a R R -=

4、校验： ))((32E H D a

D b G λ

λπ=

若G 达不到给定值，应由先定H R 改为先定E R 。

2.2、范例计算

以钟顺时《天线理论与设计》P361页例题7.6-1为例，具体题目和解题步骤如下：

例7.6.1 一个标准增益角锥喇叭的设计。馈电波导为BJ-100；

a=2.86cm,b=1.016cm,这是国产标准波导，型号第一个字母表示波导管；第二个字母表示波导截面形状，J 表示矩形，B 表示扁矩形；阿拉伯数字为中心频率率，单位是百兆赫。设计频率为8.75GHZ(m c 429.3=λ)要求增益G=21.75dB ，即

6.14910175.2=能量覆盖8.2-12.4GHZ(X 波段)。

解：

1) 由式(6)取h a 初值为cm 9.186.149429.3*45.0==h a

利用试凑法由式(5)解得cm 61.18=h a

2）cm b h 75.1461.18*04.2429.3*6.1492

π 3）cm R H 67.33429

.3*361.182

cm R 53.2961.18286

.21*67.33=-

=）（ cm R E 72.3175.14016

.11/53.29=-=）（

4)校验：

4.5429.361.18==

λh

a ；8.9429.367

.33==λH R

3.4429.325.14==λh b ；3.9429.372.31==λE R 查图4(a)(b)得

dB G 8.21152)36)(43(32

===

此结果很接近给定值并略有超过，故设计可取。

（a ）()H D b /λ通用曲线（b ）()E D b /λ通用曲线

图4 （a ）（b ）

2.3、程序设计

根据上述分析，编写程序。

clear

a=22.86;b=10.16;%波导尺寸mm c=3*10^8;%m/s f=8.75*10^9;%GHZ lam=c*1000/f;%mm g=21.75;%dB G=10^(0.1*g);%

ah=0.45*lam*sqrt(G)%

bh=(G*lam^2)/(2.04*pi*ah)% Rh=ah^2/(3*lam)% R=Rh*(1-a/ah)% Re=R/(1-b/bh)

计算结果如下（代码单位mm 书中单位是cm ），与书中计算结果基本一致（书中ah 采用的计算方法是公式（5），代码中选用了公式（4）所以略有偏差）；

2.4、计算喇叭尺寸

修改增益为15dB、波导尺寸为a=10.7mm,b=4.3mm和频率18G即为本设计所需的要求。

clear

a=10.7;b=4.3;%波导尺寸cm

c=3*10^8;%m/s

f=18*10^9;%GHZ

lam=c*1000/f;%mm

g=15;%dB

G=10^(0.1*g);%

ah=0.45*lam*sqrt(G)%

bh=(G*lam^2)/(2.04*pi*ah)%

Rh=ah^2/(3*lam)%

R=Rh*(1-a/ah)%

Re=R/(1-b/bh)%

用MATLAB计算出天线尺寸,将图3中的锥形插入波导部分长度（Rh-R）的初值设为0然后逐渐优化，最后得到如表 1 喇叭天线尺寸和变量定义

表 1 喇叭天线尺寸和变量定义

结构名称变量名变量值(mm)

波导宽 a 10.7

波导高 b 4.3

波导长度h 20

喇叭口径宽ah 42.2

喇叭口径高bh 32.5

喇叭长度R 26.6

波导增加长度Rh-R 9

三、喇叭天线仿真采用HFSS进行仿真，仿真结构和结果如下图。

图5 喇叭天线仿真结构

图6 喇叭天线回波损耗

图7 喇叭天线增益

由上图可知，最大增益是16.8dB，与我们设计的15dB有所差别，根据公式可知增益与喇叭口径和长度有关，因此，我们计算出来的喇叭尺寸是16.8dB的尺寸，此1.8dB的误差应是由试凑法近似解系数造成的，因此我们将计算时的尺寸误差和增益误差认为是线性的，为了节省仿真时间，这里直接在代码中的增益上减去1.8dB得到新的尺寸进行仿真。

修改代码如下：

clear

a=10.7;b=4.3;%波导尺寸cm

c=3*10^8;%m/s

f=18*10^9;%GHZ

lam=c*1000/f;%mm

g=15;%dB

G=10^(0.1*(g-1.8));%

ah=0.45*lam*sqrt(G)%

bh=(G*lam^2)/(2.04*pi*ah)%

Rh=ah^2/(3*lam)%

R=Rh*(1-a/ah)%

Re=R/(1-b/bh)%

表 2 喇叭天线口径尺寸和变量定义

结构名称变量名变量值(mm)

喇叭口径宽ah 34.3

喇叭口径高bh 26.4

喇叭长度R 16.2

波导增加长度Rh-R 7.3

图8 喇叭天线回波损耗

图9 喇叭天线增益

天线的回波损耗和增益与喇叭口径尺寸关系密切，下面对其口径尺寸进行优化。为了减少仿真时间，本设计将扫频范围设置为15-25G 。

15.0017.50

20.0022.5025.00

Freq [GHz]

-27.50

-25.00

-22.50

-20.00

-17.50

-15.00

d B (S (1,1))

vacuum_H5db3

XY Plot 1

Curve Info

dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='33mm' bh='25mm'

dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='33.5mm' bh='25mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='34mm' bh='25mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='34.5mm' bh='25mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='35mm' bh='25mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='35.5mm' bh='25mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sw eep

ah='36mm' bh='25mm'

图10 喇叭天线优化设计

经过优化后得到的喇叭口径尺寸是35.5mm*27mm ，仿真结果如下。

表 3 喇叭天线尺寸和变量定义

结构名称变量名变量值(mm)

波导宽 a 10.7 波导高 b 4.3 波导长度 h 20 喇叭口径宽 ah 35.5 喇叭口径高 bh 27 喇叭长度 R 16.2 波导增加长度

Rh-R

7.3

图11 优化后喇叭天线回波损耗图12 优化后22G时喇叭天线增益

-200.00-150.00-100.00-50.00 0.0050.00100.00150.00200.00

Theta [deg]-30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00

vacuum_Horn XY Plot 3

Curve Info

dB(RealizedGainTheta) Setup1 : Sw eep

Freq='24GHz' Phi='90deg'

dB(RealizedGainPhi) Setup1 : Sw eep

Freq='24GHz' Phi='0deg'

Name X Y

m10.000015.7540

图13 优化后24G时喇叭天线增益

图14 优化后喇叭天线场分布

-20.00

-10.000.00

10.009060

-30

-60

-90

-120-150

-180

150

120

vacuum_H5db3

Radiation Pattern 1

Curve Info

dB(RealizedGainTheta)Setup1 : LastAdaptive Freq='22GHz' Phi='90deg'dB(RealizedGainPhi)Setup1 : LastAdaptive Freq='22GHz' Phi='0deg'

图15 优化后喇叭天线方向图

此时的增益为15.4dB,略高于15dB ，设计可用。因为此时设计的喇叭为理想边界条件，没有设置金属导体构成的喇叭，因此下面设计成厚度为1mm 的材料为铜的金属喇叭。

图16 铜材料喇叭天线仿真结构

图17 铜材料喇叭天线回波损耗

-200.00-150.00-100.00-50.00

0.0050.00100.00150.00200.00

Theta [deg]

-40.00

-30.00

-20.00

-10.00

0.00

10.00

20.00Y 1

copper_Horn

XY Plot 2

Curve Info

dB(RealizedGainTheta)

Setup1 : LastAdaptive Freq='24GHz' Phi='90deg'

dB(RealizedGainPhi)Setup1 : LastAdaptive Freq='24GHz' Phi='0deg'

Name

0.000015.4796

图18 铜材料喇叭天线增益

图19 铜材料喇叭天线场分布

根据图16、17可知，铜材料与理想导体喇叭天线回波损耗和天线增益相差不多。由图18，铜材料与理想导体喇叭天线的场分布较不同，这是由于铜材料的喇叭天线的能量是沿着铜材料的喇叭边沿移动的。

四、心得体会

喇叭天线作为最简单的一种天线，在实际中应用较多，感谢老师的课程让我了解并设计了这个天线，学会了基本的喇叭天线的设计。本次设计中的主要问题是计算的天线增益与实际增益有所差别，在误差分析过程中费时颇多，经过多次不同增益计算仿真，发现计算得出的喇叭尺寸的仿真增益和预设的仿真增益始终相差1.5-2dB，观察计算公式分析可能是由于试凑法计算的系数选取有关，因此猜想只需在计算时将预设增益减少1.5-2dB即可得到真实的所需的增益，最后经过多次不同增益计算并仿真，仿真结果与猜想符合。此外，在课上时选择的求解频率为24G，这里考虑到中心频率接近22G，而且从之前的仿真经验来看，频率高的时候增益较大，所以选取22G使其增益大于15dB能保证低频时的增益也更接近15dB。

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

喇叭天线基础理论

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董的部分。对工作于厘米波或毫米波段內的面天线，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，必须釆用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。田6-5-1晋通痢叭天攵邛i5构廉理田图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TEnm，英中第一个下标表示电场在宽边x方向上分布的半波长个数，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，z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H为一常数，相当于矩形波导中没有电磁波存在。如下图所示：对于矩形波导管，其内部传输的主波型，也叫主模是TEw模,

对于姗皴辱管，其內部劇的主鯉,也叫議是％型，称膨电战该电磁枝械导管纵向理以行播方離输，畅分量胸垂直波能播方耐即沿毓踽訥窄边理方亂大小財沿宽边X轴作变北，且为驻波分布，即要槻边油機正妊等于半个瞅刍把理枝中宽边也度等于半瞅纟整数倍的其它齡为高熾或 2 2 高次模，高次模械导传输糠减瞰频率更高的高次犍至不能砌皴导中传轨对于现渡中的磁场分量可以沿^形披寻的横截酚帝也可以沿披的传播方冋分布。对于矩开皴导中传输的波型还有-种叫橫蹴，即皿点，谢鮒是电磁波只有垂直于传播方向的磁场分量，而对电场分量可以蹴囱传播方亂也可牆垂直于波的传播方亂下标处询含义与乓波相同。肝删披导亀其内部翳的主模是岛，即波寻管的内?正牆于半饨拌,其鵝管半径也正好等于半饨长刍对不龊此条件舸高次模沿鹼離树 2 2 衰淞度很快,传輸距离自綁近,陨认为不能进施由于横电械中附电场握-定是垂直于枝的传輪方阿而与翳横电躺鵝管相连接瓣叭天练棊口面场中的电场￡,只能碱导中的电场处于同」方亂磁场ffjD 嫣中的磁场同方航根駆祥的分布特為耙与矩蹴导相翳膵如逐渐断（宽茲保持不变）构成朋叭砂,称为E面就飘雉,脈651（b）所示；把与劇斤对应的宽边x逐渐张开（窄边y保持筱）构成的輙天统称为H 面扇辦叭袈，如图淸?1（潮示;

喇叭天线基础理论

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。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TE mn ，其中第一个下标表示电场在宽边x 方向上分布的半波长个数，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，z 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H 为一常数，相当于矩形波导中没有电磁波存在。如下图所示：对于矩形波导管，其内部传输的主波型，也叫主模是TE 10模， 2.2 喇叭天线的口径场和辐射场分布与方向性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。如把波导开口做成喇叭形状，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磁波的波阵面成为柱面（与矩形波导对应的喇叭）或球面形状（与圆形波导对应的喇叭）。这样在喇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。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 H θ?和最终是由口面场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TE 10型波。由于H 面扇形喇叭相当于矩形波导宽边x 逐渐扩展而成，因此其口面场E s sy E =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E sy 相位沿窄边y 保持均匀分布，如图6-5-3

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。

喇叭天线发展历程

喇叭天线发展历程喇叭天线，即喇叭形状的天线，是一种常见的电磁辐射和接收设备。它具有频率宽、辐射方向性好的特点，在无线通信、雷达和卫星通信等领域广泛应用。本文将简要介绍喇叭天线的发展历程。 20世纪初期，无线电技术刚刚起步，天线技术也处于初级阶段。最早时，无线电通信使用的天线是简单的电线或者金属棒。然而，这些天线并不能满足日益增长的通信需求。因此，研究者开始探索新的天线形式。 1926年，美国电气工程师哈夫和戴维斯发表了一篇关于喇叭天线的论文。他们提出将金属管延伸成锥形以形成喇叭状，在无线电通信中使用。这种天线形状不仅能够增加辐射能力，而且减小了回波损耗，有效提高了通信质量。在二战期间，随着雷达技术的迅速发展，喇叭天线得到了广泛应用。雷达技术需要具备较长工作波长的天线，而喇叭天线的频率带宽较宽，天线口径较大，能够满足雷达技术的需求。因此，喇叭天线成为了当时最重要的雷达天线之一。 20世纪50年代末，发射移频雷达出现了，喇叭天线的发展也得到了新的推动。移频雷达要求天线能够实现频率扫描，喇叭天线由此应运而生。通过改变喇叭天线的尺寸和形状，可以实现频率扫描，从而提高雷达的扫描距离和范围。 20世纪60年代，航空雷达和天线技术的发展使得喇叭天线进

入了一个新的阶段。同时，材料科学的进步也为喇叭天线的优化提供了可能。人们开始使用新的材料，如尼龙、玻璃纤维等，制造喇叭天线，使其具备更好的电磁性能和抗风能力。近几十年来，随着通信技术和无线电应用的快速发展，喇叭天线也得到了进一步的改进。新的设计理念和先进的制造技术使得喇叭天线在频率、增益和方向性等方面都有了显著的提升。同时，喇叭天线也逐渐应用于卫星通信、移动通信和无人机等新兴领域。总结起来，喇叭天线经历了一个漫长的发展历程。从最早的简单线状天线到后来的喇叭状天线，再到现代的高性能喇叭天线，它始终在无线通信领域发挥着重要作用。随着科技的不断进步，我们相信喇叭天线会继续发展，为我们的通信技术和生活带来更多的便利和发展机遇。

标准增益喇叭天线

标准增益喇叭天线喇叭天线是一种特殊形状的天线，其外形呈喇叭状，用于接收或发送电磁波信号。在无线通信领域中，喇叭天线因其高增益、宽频、低波束宽度等特点而备受青睐。本文将介绍标准增益喇叭天线的结构、工作原理以及在通信领域中的应用。 1. 结构。标准增益喇叭天线通常由金属制成，其外形呈喇叭状，内部结构复杂。喇叭天线的主要部分包括喇叭口、喇叭颈和喇叭腔。喇叭口是天线的开口部分，用于接收或发送电磁波信号；喇叭颈是连接喇叭口和喇叭腔的部分，起到导向电磁波的作用；喇叭腔是天线的主体部分，用于增强电磁波信号的增益。 2. 工作原理。标准增益喇叭天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射。当电磁波信号进入喇叭口时，由于喇叭口的特殊形状，可以使得信号被聚集并传导到喇叭腔中。在喇叭腔内，信号受到增益作用，然后通过喇叭颈传输到外部设备中。同样，当外部设备发送信号时，信号

经过喇叭颈传入喇叭腔，再经过喇叭口辐射出去。由于喇叭天线的特殊结构，其增益较高，可以有效地增强信号的传输和接收效果。 3. 应用。标准增益喇叭天线在通信领域中有着广泛的应用。首先，在无线通信系统中，喇叭天线可以用于增强信号的传输距离和覆盖范围，提高通信质量和稳定性。其次，在雷达系统中，喇叭天线可以用于接收和发送雷达信号，实现目标的探测和跟踪。此外，在卫星通信系统中，喇叭天线也扮演着重要的角色，用于接收和发送卫星信号，实现地面设备与卫星之间的通信连接。总之，标准增益喇叭天线以其高增益、宽频、低波束宽度等特点，在通信领域中发挥着重要作用。其特殊的结构和工作原理使其成为无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等设备中不可或缺的组成部分。相信随着科技的不断发展，喇叭天线的应用范围将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多便利和效益。

喇叭天线设计要点

喇叭天线设计要点 1.天线类型：喇叭天线主要有两种类型，即全向喇叭天线和定向喇叭天线。全向喇叭天线可以在水平方向上360度无死角地发射和接收无线信号，适用于需要大范围信号覆盖的应用场景。而定向喇叭天线只能在特定的方向上发射和接收信号，具有较高的增益和较远的传输距离，适用于需要远距离传输信号的应用场景。 2.频段范围：喇叭天线的频段范围决定了它可以处理的信号频率范围。根据实际应用需求选择合适的频段范围，例如需要接收FM广播信号的喇叭天线的频段范围应为87.5-108MHz。 3.增益：喇叭天线的增益是指它相对于理想全向喇叭天线所具有的信号增强能力。增益的大小与天线的方向性和设计参数有关，一般以dBi为单位表示。较高的天线增益意味着它可以在更远的距离上接收和发送信号，但也可能增加信号的指向性和狭窄的覆盖范围。 4.方向性：喇叭天线的方向性是指它对信号源的敏感度和响应特性。全向喇叭天线在所有方向上都具有相同的敏感度，而定向喇叭天线对特定方向上的信号更为敏感。方向性的设计可以增加天线的传输距离和减少干扰，但可能会牺牲信号的覆盖范围和灵活性。 5.天线尺寸：

天线尺寸是指喇叭天线的物理尺寸，包括长度、宽度和高度。天线尺寸对天线的频率响应和增益特性有很大的影响。较长的天线一般适用于较低频率的信号，而较短的天线适用于较高频率的信号。 6.材料选择：喇叭天线的材料选择对其性能和寿命有重要影响。常见的天线材料包括金属、塑料和复合材料。金属天线具有较好的导电性和耐久性，但也容易受到干扰和阻挡。塑料天线相对较便宜且易于加工，但可能会影响天线的电气性能。复合材料天线具有较好的耐候性和机械强度，但制造成本较高。除了上述设计要点，还需考虑天线的安装方式、防水防尘性能、阻抗匹配等因素。同时，需要根据具体的应用场景和需求来进行天线设计，进行性能测试和优化，确保天线能够满足设计要求。

喇叭天线的应用场景

喇叭天线的应用场景喇叭天线是一种常见的天线类型，它的形状类似喇叭，因此得名。喇叭天线具有较高的增益和较宽的频带，因此在许多应用场景中被广泛使用。 1. 通信领域喇叭天线在通信领域中有着广泛的应用。例如，在卫星通信系统中，喇叭天线可以用于接收和发送信号。由于其高增益和较宽的频带，喇叭天线可以提供更好的信号质量和更远的传输距离。此外，在移动通信领域中，喇叭天线也被广泛使用。例如，在手机、无线路由器等设备中，喇叭天线可以用于接收和发送无线信号。由于其较高的增益和较宽的频带，喇叭天线可以提供更好的网络覆盖范围和更快的数据传输速度。 2. 雷达领域雷达是一种通过电磁波探测目标位置、速度等信息的技术。在雷达领域中，喇叭天线也被广泛使用。例如，在航空雷达系统中，喇叭天线可以用于发射和接收雷达信号。由于其高增益和较宽的频带，喇叭天

线可以提供更好的目标探测精度和更远的探测距离。此外，在气象雷达等领域中，喇叭天线也被广泛使用。例如，在气象雷达系统中，喇叭天线可以用于接收回波信号。由于其高增益和较宽的频带，喇叭天线可以提供更好的气象数据采集能力。 3. 无人机领域无人机是一种通过遥控或自主飞行进行任务的飞行器。在无人机领域中，喇叭天线也被广泛使用。例如，在军事侦察、消防救援等任务中，喇叭天线可以用于传输图像、视频等数据。由于其高增益和较宽的频带，喇叭天线可以提供更好的数据传输质量和更远的传输距离。此外，在农业、环境监测等领域中，无人机也被广泛应用。例如，在农业领域中，无人机可以用于植保、土壤监测等任务。在这些任务中，喇叭天线可以用于接收遥感数据，并将其传输到地面设备。由于其高增益和较宽的频带，喇叭天线可以提供更好的遥感数据采集能力。 4. 广播领域广播是一种通过无线电波传输音频、视频等信息的技术。在广播领域中，喇叭天线也被广泛使用。例如，在电视广播中，喇叭天线可以用于接收电视信号，并将其转换为视频图像。由于其高增益和较宽的频

喇叭天线设计范文

喇叭天线设计范文喇叭天线是一种常见的天线类型，它通过产生和放大电磁波来传输和接收信号。喇叭天线结构独特，可以提供增益和方向性，使其在许多应用中都表现出色。在接下来的1200字以上中我们将深入探讨喇叭天线的设计原理和应用。喇叭天线的设计原理基于天线的形状和尺寸。它通常由一个底部进口和一个底部出口组成。进口和出口的大小和形状决定了天线的频率和频带宽度。进口是天线的输入段，用于接收或发射电磁波。出口是天线的输出段，用于辐射或接收电磁波。在进口和出口之间的区域称为导向段，用于引导电磁波。喇叭天线的设计可以分为两个主要方面：频率响应和辐射特性。频率响应是指天线在特定频率范围内的工作效果。喇叭天线的频率响应主要取决于喇叭的形状和尺寸。为了实现宽带频率响应，天线的进口和出口需要适当的增大。进口的大小要确保信号的完整性，而出口的大小要确保信号的放大和辐射。喇叭天线通常用于高频段的应用，例如雷达、通信和卫星通信。辐射特性是指天线在空间中辐射或接收电磁波的能力。喇叭天线通常具有良好的方向性，这意味着它可以将信号集中到特定的方向上。方向性是通过喇叭的形状和导向段的长度来实现的。较长的导向段可以提高天线的方向性，但也会减少天线的频带宽度。因此，在设计喇叭天线时需要权衡方向性和频带宽度的需求。喇叭天线在许多应用中都有广泛的应用。它们常用于雷达系统中，用于探测和跟踪目标。喇叭天线在雷达系统中提供了高增益和方向性，能够

有效地检测远处的目标。除了雷达系统，喇叭天线还广泛应用于通信和卫星通信系统中。它们提供了较好的方向性和覆盖范围，可以实现远距离的数据传输和通信。设计喇叭天线需要考虑多种因素，例如频率范围、增益、方向性、频带宽度、输入阻抗等。可以使用各种电磁场模拟软件进行天线设计和分析。这些软件可以模拟天线的电磁场分布，并提供关于天线性能的详细信息。此外，实际的天线测试和优化也是设计过程中的重要步骤，可以通过改变天线的形状、尺寸和材料来优化天线的性能。总之，喇叭天线是一种常见且广泛应用的天线类型。它通过独特的形状和结构提供了高增益和方向性，并在雷达、通信和卫星通信系统中发挥着重要作用。喇叭天线的设计需要考虑多种因素，并经过详细的分析和测试来优化性能。

角锥喇叭天线极化方向

角锥喇叭天线及其极化方向研究一、引言角锥喇叭天线是一种广泛应用于无线通信、广播、雷达和卫星通信等领域的重要天线类型。其结构特点是具有角锥形的喇叭口，能够有效地辐射和接收电磁波。极化方向是天线性能的一个关键指标，它决定了天线辐射电磁波的电场矢量在空间中的方向。本文旨在探讨角锥喇叭天线的极化方向及其对天线性能的影响。二、角锥喇叭天线的基本原理角锥喇叭天线的工作原理是基于电磁波的传播和辐射特性。当高频电流通过天线的馈线时，它会在天线的喇叭口处激励起电磁波。这些电磁波以球面波的形式向外扩散，同时在天线的口面上形成一定的场强分布。角锥喇叭天线的口面场强分布较为均匀，这使得它具有较宽的波束宽度和较高的增益。三、极化方向的定义与分类极化方向是指天线辐射电磁波的电场矢量在空间中的方向。根据电场矢量的方向，极化方向可分为三种类型：垂直极化、水平极化和圆极化。垂直极化的电场矢量垂直于地面，水平极化的电场矢量平行于地面，而圆极化的电场矢量则在垂直于传播方向的平面内旋转。四、角锥喇叭天线的极化方向选择对于角锥喇叭天线而言，极化方向的选择应根据具体的应用场景和需求来确定。在无线通信和广播领域，通常采用垂直极化或水平极化的天线，以适应不同的传播环境和接收设备。而在雷达和卫星通信等领域，则更倾向于使用圆极化的天线，以提高抗干扰能力和信号接收质量。五、极化方向对天线性能的影响极化方向对天线的性能有着显著的影响。首先，它决定了天线的辐射效率和接收效率。当发射或接收的电磁波的极化方向与天线的极化方向一致时，天线的效率最高。反之，如果两者的极化方向垂直，则天线的效率将大幅度降低。因此，在选择天线时，必须确保其极化方向与所需信号的极化方向相匹配，以实现最佳的通信效果。其次，极化方向还影响天线的波束宽度和增益。一般来说，垂直极化和水平极化的天线具有较宽的波束宽度和中等增益，适用于覆盖较大区域的应用场景。而圆极化的天线则具有较窄的波束宽度和较高的增益，适用于需要高指向性和抗干扰能力的应用场景。六、结论与展望

天线原理与设计—第六章口径天线和喇叭天线

天线原理与设计—第六章口径天线和喇叭天线口径天线是一种特殊的天线，其工作原理是通过改变天线口径的大小以实现方向性辐射。喇叭天线则是一种具有喇叭形状的天线，其主要功能是对电磁波进行聚焦或分散，从而实现天线的增益和波束的调控。本章将介绍这两种天线的基本原理和设计方法。 6.1口径天线 6.1.1口径天线的基本原理口径天线的基本原理是利用天线口径的大小来控制电磁波的发射和接收方向。根据狄拉克定理，天线辐射的功率密度与天线口径的平方成正比。因此，通过改变天线口径的大小，可以调整天线的辐射功率和波束的方向性。一般情况下，口径天线的口径越大，辐射功率越大，波束的方向性越好。 6.1.2口径天线的设计方法口径天线的设计方法主要包括天线口径的确定和辐射模式的设计。天线口径的确定需要考虑到工作频率、辐射功率和波束方向等参数。一般情况下，口径天线的口径选取为波长的几倍，以保证天线的辐射效果和方向性。辐射模式的设计则需要根据具体的应用要求，确定天线的辐射方式和波束的形状。 6.2喇叭天线 6.2.1喇叭天线的基本原理喇叭天线是一种特殊形状的天线，其主要功能是将电磁波进行聚焦或分散，从而实现天线的增益和波束的调控。喇叭天线的基本原理是利用喇

叭形状的反射面将电磁波进行反射和聚集。喇叭天线可以分为抛物面喇叭天线和双曲面喇叭天线。抛物面喇叭天线主要用于聚焦电磁波，而双曲面喇叭天线主要用于分散电磁波。 6.2.2喇叭天线的设计方法喇叭天线的设计方法主要包括反射面的确定和波束的调控。反射面的确定需要考虑到工作频率、波束宽度和聚焦距离等参数。一般情况下，抛物面喇叭天线的反射面采用抛物线形状，双曲面喇叭天线的反射面采用双曲线形状。波束的调控则需要通过反射面的形状和尺寸来实现，一般情况下，反射面的大小越大，波束的调控能力越好。综上所述，口径天线和喇叭天线是一种特殊的天线，其工作原理是通过改变天线口径的大小和喇叭形状来实现方向性辐射和波束的调控。口径天线通过改变天线口径的大小来控制电磁波的发射和接收方向，而喇叭天线则通过喇叭形状的反射面将电磁波进行聚焦或分散。口径天线和喇叭天线在无线通信、雷达和卫星通信等领域都有广泛的应用。以上是口径天线和喇叭天线的基本原理和设计方法的简要介绍，读者可以根据具体的应用要求和设计目标，深入研究和探索这两种天线的设计和优化方法。

喇叭天线的增益公式

喇叭天线的增益公式喇叭天线是一种常见的天线类型，它具有较高的增益，可以用于接收和发送无线信号。喇叭天线的增益公式可以通过多种方式推导，其中一种常见的公式是基于天线口径和工作频率的关系。首先，让我们来了解一下喇叭天线的结构。喇叭天线通常由一个圆形或椭圆形的辐射面（口径）和一段展宽的圆锥形导波结构组成。辐射面负责将电磁波转化为空间波，而展宽的圆锥形导波结构则可以将这些空间波有效地传输出去。这种设计使得喇叭天线在各个频段下都能有较高的增益。接下来，我们来推导喇叭天线的增益公式。根据天线理论，天线的增益可以通过与一个理想点源天线（即相同功率的向球体均匀辐射的天线）进行比较来衡量。假设喇叭天线的辐射面口径为D，工作频率为f，而理想点源天线的辐射功率为P0。在球坐标系下，喇叭天线的辐射功率P可以表示为P = P0 * G * A / (4 * π * R^2)，其中，G为天线的功率增益，A为天线辐射面的有效面积，R为距离天线辐射面r处的距离。根据喇叭天线的结构特性，其辐射面的有效面积A可以近似等于辐射面的物理面积，即A ≈ π * (D/2)^2。此外，当距离较远时，可以将R近似等于无穷远，即R ≈ ∞。综合以上参数，我们可以将喇叭天线的功率增益公式表示为G = (4 * π * A * P) / (P0 * D^2)。

通过这个公式，我们可以看出，喇叭天线的增益与天线的辐射面口径和辐射功率之间密切相关。辐射面口径越大，辐射功率越高，增益就越大。因此，如果我们希望提高喇叭天线的增益，可以通过增加辐射面的口径或增大辐射功率来实现。但是值得注意的是，增加辐射面的口径会增加天线的体积和重量，而增加辐射功率则可能需要更高的电源输入和更复杂的电路设计。因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和限制来选择适当的辐射面口径和辐射功率，以获得最佳的性能。总的来说，喇叭天线是一种具有较高增益的天线类型，在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。其增益公式可以帮助我们了解天线性能与口径和功率之间的关系，并在设计和优化天线系统时提供指导。通过合理选择辐射面口径和辐射功率，可以实现更好的信号接收和发送效果，提高系统的性能和可靠性。

喇叭天线的设计范文

喇叭天线的设计范文喇叭天线是一种用于无线通信系统的天线，主要用于传输声音信号。其设计需考虑频率范围、辐射方向性、增益、天线尺寸、材料选择等因素。下面将详细介绍喇叭天线的设计。首先，在设计喇叭天线之前，需要明确所需频率范围。不同频率范围的无线通信系统使用不同的天线来进行信号传输。喇叭天线主要应用于低频或中频通信系统，例如来电铃声、广播等。其次，考虑天线辐射方向性。喇叭天线的主要目标是将声音信号以无线电波形式传输出去，需要具备较好的方向性，即在一定范围内辐射出强的信号，而在其他方向上辐射较弱的信号。可以通过合理设计天线结构和喇叭形状来实现辐射方向性的控制。第三，考虑喇叭天线的增益。增益是指天线辐射能力的强弱程度，通常以分贝（dB）为单位。增益决定了喇叭天线的信号传输距离和接收灵敏度。喇叭天线的增益主要取决于天线结构和天线尺寸。较大的天线尺寸和较复杂的天线结构通常能够提供较高的增益。第四，考虑喇叭天线的天线尺寸。天线尺寸决定了喇叭天线的方便程度和易用性。尺寸过大或过小都会影响天线的性能。因此，在设计喇叭天线时需要仔细考虑其尺寸，以保证既能够满足通信系统的需求，又方便使用和安装。第五，选择合适的材料。天线的材料选择对其性能和使用寿命有重要影响。一般来说，天线材料应具备一定的导电性能和抗氧化能力，同时应能够耐受外界环境的各种因素，如高温、高湿度等。常见的天线材料有铜、铁、铝等金属材料。

最后，进行具体的天线参数计算和仿真。在设计喇叭天线时，需要利用天线设计软件进行参数计算和仿真。例如，可以利用仿真软件进行天线的方向性和增益仿真，优化天线结构和尺寸。综上所述，喇叭天线的设计主要考虑频率范围、辐射方向性、增益、天线尺寸和材料选择等因素。在进行喇叭天线设计时，需要明确通信系统的需求，并进行合理的参数计算和仿真，以最大程度地满足通信需求。喇叭天线的设计是一个综合考虑多个因素的复杂过程，需要进行充分的研究和实践。

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。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TE mn，其中第一个下标表示电场在宽边x方向上分布的半波长个数，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，z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，导致为一常数，相当于矩形波导中没有电磁波存在。如下图所示：对于矩形波导管，其内部传输的主波型，也叫主模是TE10模，

2.2 喇叭天线的口径场和辐射场分布与方向性矩形喇叭天线口面场分布规律 .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。如把波导开口做成喇叭形状，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磁波的波阵面成为柱面（与矩形波导对应的喇叭）或球面形状（与圆形波导对应的喇叭）。这样在喇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 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 H θϕ和最终是由口面场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TE 10型波。由于H 面扇形喇叭相当于矩形波导宽边x 逐渐扩展而成，因此其口面场E s sy E =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E sy 相位沿窄边y 保持均匀分布，如图6-5-3所示。

第六讲喇叭天线(09)

第六讲：喇叭天线喇叭天线：H面扇形、E面扇形、角锥喇叭喇叭天线可视为张开的波导口。喇叭的功能是在比波导口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。喇叭天线不算新天线，早在1897年就有人构造过。为了使导行波的反射最小化，其转换区域，即介于波导的咽喉部位与自由空间的口径之间的喇叭段可制成指数率逐渐锥销。但实用的喇叭一般都制成直线律张开。一、H面扇形喇叭天线（一）、几何结构及坐标

1 D 2 D b = O 一段尺寸为a b ⨯的矩形波导口径沿H面渐变，张开形成口经为1 D b ⨯的喇叭—H面扇形喇叭。矩形波导的宽边为a，窄边为b，传输 10 TE 模，假定波导开口面上的场分布和波导内横截面上的场分布相同。两个渐变壁的交线为Y轴，口径法向为Z轴，Y与Z轴交O点，口径中心为O’点， 1 OO R H '=-称为面扇形喇叭的长度 H H α-面扇形喇叭的半张角

(二)、内场 1、内场表达式假设喇叭无限长，采用圆柱坐标系(ρα，，y )，喇叭内为空气介质。设波导传输横电模（TE 模），则内场为： $µµ(,,)(,,)(,,)(,,)(,,) y E y yE y H y H y H y αρραραρααραρρα⎧=⎪⎨=+⎪⎩u v u u v 由于H 面沿Y 向无变化，故场与Y 坐标无关，或说Y 向均匀分布。 (,,)(,)(,,)(,)y y E y E H y H ααρ ρραραραρα=⎧⎪⎨=⎪⎩ 在圆柱坐标系中，由Maxwell 方程可得关于内场的微分方程 2 22 22 2211()()0z k ρϕρρρρρϕ∂A ∂A ∂A ∂∇A =++∂∂∂∂∇+A =2柱坐标系中 z 波动方程 2 2 2 2 11()1y y y o y o E E k E Ey j H E j H ραρρρρραωμραωμρ ∂∂∂=--∂∂∂∂-= ∂∂-= ∂ 其中， 2200,k k ωεμ=为波数可见，只需求解出y E 即可，,H H ρα由y E 求得。用分离变量法，有：

喇叭天线喇叭天线

喇叭天线喇叭天线

喇叭天线基础理论

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标准增益喇叭天线

喇叭天线发展历程

标准增益喇叭天线

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喇叭天线的增益公式

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最新2讲Deng喇叭天线和抛物面天线汇总

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角锥喇叭天线极化方向