喇叭天线

波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线

喇叭天线是面天线，波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，是使用最广泛的一类微波天线。它的辐射场是由喇叭的口面尺寸与传播型所决定的。其中，喇叭壁对辐射的影响可以利用几何绕射的原理来进行计算的。如果喇叭的长度保持不变，口面尺寸与二次方相位差会随着喇叭张角的增大而增大，但增益则不会随着口面尺寸变化。如果需要扩展喇叭的频带，则需要减小喇叭颈部与口面处的反射；反射会随着口面尺寸加大反而减小。喇叭天线的结构比较简单，方向图也比较简单而容易控制，一般作为中等方向性天线。频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。

结构与分类

喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。

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，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。

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。其次，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，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。

喇叭天线可以分为四类：

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。

原理与特性

喇叭天线的辐射场可利用惠更斯原理由口面场来计算。口面场则由喇叭的口面尺寸与传播波型所决定。可用几何绕射理论计算喇叭壁对辐射的影响，从而使计算方向图与实测值在直到远旁瓣处都能较好地吻合。它的辐射特性由口面的尺寸与场分布决定，而阻抗由喇叭的颈部（始端不连续处）和口面的反射决定。当喇叭长度一定时，若使喇叭张角逐渐增大，则口面尺寸与二次方相位差也同时加大，但增益并不和口面尺寸同步增加，而有一个其增益为最大值的口面尺寸，具有这样尺寸的喇叭就叫作最佳喇叭。

圆锥喇叭和角锥喇叭传播的是球面波，而在一个面（E或H面）张开的扇形喇叭中传播的则是柱面波。喇叭口面场是具有二次方相位差的场，二次方相位差的大小与喇叭的长度和口面大小有关。

为了扩展喇叭的频带，必须减小喇叭颈处与口面处的反射。口面尺寸加大，则反射减小。此外，把波导与喇叭的过渡段尽量做得平滑些，也可以减小该处的反射。由于该位置附近的喇叭尺寸还很小，因此，不能传播高次模，一般都传输单模。为了控制辐射方向图，有时口面上需要多模场分布，这时应在喇叭内适当位置引入能产生高次模的器件。这种喇叭叫作多模喇叭，可用作单脉冲雷达或高效率天线馈源。由于各模在喇叭内的相速不同，多模喇叭的频带比常规喇叭的要窄。

应用

由于喇叭天线结构简单和方向图易于控制，通常用作中等方向性天线，如标准喇叭，最常见的是用作反射面的馈源（见天线馈源）。当它用作独立天线时，一般都加上校正相位的反射面或透镜。喇叭－抛物反射面天线具有频带宽、副瓣低和效率高等特性，常用于微波中继通信。而透镜因其重量较重和结构复杂等原因，已很少用作喇叭的相位校正。

喇叭天线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。

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