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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(jiǎn)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(cè)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(jiàn)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(chǎng)方向上按照一定角度張開(kāi)而成的。

下圖給出了E 面扇形喇叭天線的仿真結(jié)果�？梢钥闯�，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(chǎng)方向上按照一定角度張開(kāi)而成的。

下圖給出了H 面扇形喇叭天線的仿真結(jié)果�？梢钥闯觯�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(kāi)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(kāi)口端呈喇叭狀時(shí)，它被稱(chēng)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(chēng)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(lèi)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(kāi)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(jiàn)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(kāi)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(chēng)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(jiàn)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(guò)引進(jìn)一個(gè)高次模 TM11 模來(lái)改善 $E$ 面方向圖，使其方向圖具有軸對(duì)稱(chēng)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(chǎng)分布及其合成后的口徑場(chǎng)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(jiàn)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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