天線原理與設(shè)計(jì)-口徑天線和喇叭天線

天線原理與設(shè)計(jì)—口徑天線和喇叭天線第1頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線此類天線的輻射來(lái)自于天線口徑上的電磁場(chǎng)，也稱為口面天線或孔徑天線包括喇叭天線、拋物面天線等第2頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線此類天線的工作原理可以用惠更斯原理與等效原理來(lái)解釋（Huygens’sPrincipleandEquivalencePrinciple）惠更斯原理：主波前上的每一點(diǎn)可以看成是一個(gè)新球面波的源點(diǎn)，這些新球面波的包絡(luò)構(gòu)成新的波前7.1.1口徑天線工作原理第3頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線等效原理：

1936年由S.A.Schelkunoff提出，直接建立在唯一性定理的基礎(chǔ)上，是惠更斯原理的更精確表達(dá)7.1.1口徑天線工作原理第4頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線在惠更斯元dxdy上場(chǎng)等幅同相，電場(chǎng)Ex和磁場(chǎng)Hy正交，且Ex/Hy=120π。則等效電流和磁流為7.1.2空間場(chǎng)的惠更斯元解法第5頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線7.1.2空間場(chǎng)的惠更斯元解法應(yīng)用電流元的遠(yuǎn)場(chǎng)表達(dá)式：以及磁流元的遠(yuǎn)場(chǎng)表達(dá)式：等效電流和磁流源第6頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線可以得到E面(xoz)內(nèi)的電場(chǎng)為：空間場(chǎng)的惠更斯元解法E面總電場(chǎng)為：第7頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線可以得到H面(yoz)內(nèi)的電場(chǎng)為：7.1.2空間場(chǎng)的惠更斯元解法H面總電場(chǎng)為：第8頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線空間任意點(diǎn)的電場(chǎng)為：7.1.2空間場(chǎng)的惠更斯元解法第9頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線7.1.2空間場(chǎng)的惠更斯元解法惠更斯元的方向圖函數(shù)為(1+cosθ)，其方向圖如下：空間總場(chǎng)可由惠更斯元的場(chǎng)積分得到?；莞箤?shí)際上考慮的是自由空間中的一個(gè)面上的場(chǎng)分布所產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，不考慮是否存在導(dǎo)體。第10頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

矩形同相口徑均勻場(chǎng)分布第11頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

矩形同相口徑遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)通常僅考慮E面(=90)和H面(=0)內(nèi)的方向圖，可由下面的方程畫(huà)出：E面H面第12頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

矩形同相口徑下圖為根據(jù)上式得到的尺寸a=3，b=2的口徑天線的輻射方向圖第13頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

方向性函數(shù)F(sinθ)=0.707,可求得半功率波瓣寬度

旁瓣電平為-13.2dB，口徑效率為100%E面H面口徑效率計(jì)算公式如下，其中εa為口徑效率第14頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

矩形同相口徑余弦場(chǎng)分布輻射場(chǎng)方向性系數(shù)為：因此，口徑效率為81%第15頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

不同場(chǎng)分布的矩形口徑天線的特性參數(shù)第16頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

不同場(chǎng)分布的矩形口徑天線的特性參數(shù)第17頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線

圓形同相口徑第18頁(yè)/共30頁(yè)7.1口徑天線圓形同相口徑第19頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線

喇叭天線是最簡(jiǎn)單而常用的微波天線可以視為張開(kāi)的波導(dǎo)，喇叭的功能是在比波導(dǎo)更大的口徑上產(chǎn)生均勻的相位波前，從而獲得較高的定向性喇叭起著將波導(dǎo)模轉(zhuǎn)換為空間波的過(guò)渡作用，因而天線輸入駐波比低且頻帶寬第20頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線

不同種類的角錐喇叭天線第21頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線

不同種類的圓錐和雙錐喇叭天線第22頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線角錐喇叭由矩形波導(dǎo)饋電，主模為T(mén)E10模。喇叭口面上的場(chǎng)分布為：波程差引起的相位差為：第23頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線為獲得盡可能均勻的口徑分布，要求非常長(zhǎng)的小張角喇叭。但為了實(shí)用方便，又需要喇叭盡量短。于是，介于兩種極端間的最優(yōu)喇叭，應(yīng)在給定長(zhǎng)度下具有最小的波束寬度，同時(shí)旁瓣不能過(guò)大（或具有最大可能增益）。若δ相對(duì)于波長(zhǎng)足夠小，整個(gè)口面上的相位近似均勻。當(dāng)喇叭長(zhǎng)度L給定時(shí)，其方向性隨著口徑和張角的增加而提高（波瓣寬度變窄）。但當(dāng)口徑和張角過(guò)大時(shí)，喇叭口面邊緣處的場(chǎng)和中心部分的場(chǎng)相位相反，反而會(huì)降低定向性（增大旁瓣）。第24頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線角錐喇叭天線的方向圖經(jīng)過(guò)復(fù)雜的推導(dǎo)得到角錐喇叭天線的輻射場(chǎng)為：其中：第25頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線角錐喇叭天線的方向圖下圖為1=2=6,a1=5.5,b1=2.75,a=0.5,b.=0.25的角錐喇叭的輻射方向圖第26頁(yè)/共30頁(yè)7.2喇叭天線角錐喇叭天線的方向性系數(shù)其中LE和LH分別為E-面和H-面的相位差引起的損耗，其變化如下圖所示。第