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喇叭天線是一種被廣泛應(yīng)用的天線之一，其結(jié)構(gòu)簡單，頻帶寬，功率容量大，且增益較高。喇叭天線經(jīng)常在大型射電天文學(xué)、衛(wèi)星跟蹤以及通信天線中作為饋源天線。除了作為反射器和透鏡的饋源之外，它還是相控陣的常用單元，并作為其他天線的校準(zhǔn)和增益測量的通用標(biāo)準(zhǔn)。

喇叭天線是由矩形波導(dǎo)或圓形波導(dǎo)按照特定方式逐漸展開而形成的。由于波導(dǎo)口面的逐漸擴(kuò)大，改善了波導(dǎo)與自由空間的匹配，使得反射系數(shù)變小。對(duì)于饋電矩形波導(dǎo)而言，應(yīng)盡量滿足單模傳輸，即只傳輸 TE10 波，這樣不僅使信號(hào)能量集中，損耗減小，也可避免模式間干擾帶來的影響以及多種模式引起的附加色散。

根據(jù)喇叭天線展開方式的不同，可以分為扇形喇叭天線、角錐喇叭天線、圓錐喇叭天線、波紋喇叭天線、加脊喇叭天線、多模喇叭天線等，下面對(duì)這幾種常見的喇叭天線進(jìn)行一一介紹與仿真。

扇形喇叭天線

E 面扇形喇叭天線

E 面扇形喇叭天線是由矩形波導(dǎo)在電場方向上按照一定角度張開而成的。

下圖給出了E 面扇形喇叭天線的仿真結(jié)果。可以看出，該方向圖在 E 面方向上的波束寬度較 H 面方向窄，這是 E 面具有更大口徑導(dǎo)致的。

H 面扇形喇叭天線

H 面扇形喇叭天線是由矩形波導(dǎo)在磁場方向上按照一定角度張開而成的。

下圖給出了H 面扇形喇叭天線的仿真結(jié)果。可以看出，該方向圖在 H 面方向上的波束寬度較 E 面方向窄，這是 H 面口徑更大導(dǎo)致的。

角錐喇叭天線

角錐喇叭天線是由矩形波導(dǎo)同時(shí)在兩個(gè)方向上按照一定角度張開而成的。

下圖給出了角錐喇叭天線的仿真結(jié)果，其輻射特性基本上是 E 面和 H 面扇形喇叭的結(jié)合。

圓錐喇叭天線

當(dāng)圓波導(dǎo)的開口端呈喇叭狀時(shí)，它被稱為圓錐喇叭天線。圓錐喇叭天線的上方為圓形或橢圓形的孔徑。

下圖給出了圓錐喇叭天線的仿真結(jié)果。

波紋喇叭天線

波紋喇叭天線是一種具有波紋狀內(nèi)表面的喇叭天線。它具有頻帶寬、交叉極化低、波束對(duì)稱性能好的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度和加工成本較大。

波紋喇叭天線可分為角錐波紋喇叭天線和圓錐波紋喇叭天線兩種類型。

角錐波紋喇叭天線

圓錐波紋喇叭天線

下圖給出了圓錐波紋喇叭天線的仿真結(jié)果。

加脊喇叭天線

常規(guī)喇叭天線在工作頻率大于 15 GHz 時(shí)，后瓣開始出現(xiàn)分裂現(xiàn)象，且旁瓣電平增大。在喇叭腔體內(nèi)加入脊結(jié)構(gòu)，能夠增加帶寬、降低阻抗、提高增益、并加強(qiáng)輻射的方向性。

加脊喇叭天線主要分為雙脊喇叭天線和四脊喇叭天線，下面以最常見的角錐雙脊喇叭天線為例進(jìn)行仿真。

角錐雙脊喇叭天線

在波導(dǎo)部分和喇叭張開部分中間加入兩個(gè)脊結(jié)構(gòu)即是雙脊喇叭天線。波導(dǎo)段部分分為后腔和脊波導(dǎo)，后腔可以將波導(dǎo)內(nèi)被激勵(lì)起的高次模濾除，脊波導(dǎo)降低了主模傳輸?shù)慕刂诡l率，從而達(dá)到展寬頻帶的目的。

加脊喇叭天線要比同頻帶的一般喇叭天線體積要小，增益比同頻帶的一般喇叭天線要高。

下圖給出了角錐雙脊喇叭天線的仿真結(jié)果。

多模喇叭天線

在許多應(yīng)用中，喇叭天線需要在所有平面上提供對(duì)稱方向圖，在 $E$ 面和 $H$ 面上實(shí)現(xiàn)相位中心重合，以及旁瓣抑制。

利用多模激勵(lì)的喇叭結(jié)構(gòu)可以改善各平面的波束等化效果和降低旁瓣電平。其中最常見的多模喇叭天線是雙模圓錐喇叭天線。

雙模圓錐喇叭天線

雙模圓錐喇叭通過引進(jìn)一個(gè)高次模 TM11 模來改善 $E$ 面方向圖，使其方向圖具有軸對(duì)稱的等化波束特性。下圖是圓波導(dǎo)中主模 TE11 模和高次模 TM11 的口徑電場分布及其合成后的口徑場分布示意圖。

雙模圓錐喇叭的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式不是唯一的，常見的實(shí)現(xiàn)方式有 Potter 喇叭和 Pickett-Potter 喇叭。

下圖給出了 Potter 雙模圓錐喇叭天線的仿真結(jié)果。

除了以上介紹的幾種傳統(tǒng)喇叭天線外，還有指數(shù)型喇叭天線、對(duì)數(shù)型喇叭天線、口徑匹配喇叭天線、 TEM 喇叭天線、介質(zhì)加載喇叭天線等新型喇叭天線，后期再進(jìn)行相關(guān)整理。

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