喇叭天线基础理论

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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示成，其中第一个下标表示电场在宽TEmn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H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模，102.2喇叭天线的口径场和辐射场分布与方向性2.2.1矩形喇叭天线口面场分布规律2.2.1.1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。2.2.1.2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和H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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。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型波。由于H面扇形喇10叭相当于矩形波导宽边x逐渐扩展而成，因此其口面场的相位将随宽边x坐标发生变化，与EEssy保持不变的窄边y无关，或者说E相位沿窄边ysy保持均匀分布，如图6-5-3所示。图中Dx、Dy为H面扇形喇叭天线的口径宽度；Rx、Ry分别为H面和E面扇形喇叭天线的长度；O为喇叭天线的顶点，也叫相位中心，相当于喇叭天线的辐射中心，或者说球面波是由这样的一个虚设点发出的。在图6-5-2和图6-5-3中，把口面场E=E沿ssy宽边x和窄边y的相位关系表示成：2k(OMOO')(OMR)xx0(Esy相位与y坐标无关)y(651)而2OMR2x2，所以(R2x2R)xxx由于H面扇形喇叭天线的等效长度Rx一般远大于其口面尺寸Dx、Dy，即Rx>>x，利用幂级数把展开，可得到：(651)2x2x4(......)x2R(2R)2xx（6-5-3）只保留x2项，得到：x2xRx（6-5-4）与此对应的相移量最大值为：D2（在喇叭口面边xxmax4Rx沿处）（6-5-5）这就是说，对H面扇形喇叭天线，其口面场Esy方向虽沿窄边y轴方向，但其相位却沿变化了的宽边x方向发生变化。当设口面中心O’为相位零点，在口面x方向边沿位置，口面场Esy具有最大相移量D2，显然相位随坐标xxmax4Rx变量成平方率分布。按同样道理，对于E面扇形喇叭天线，由于窄边y逐渐张开，其口面场Esy相位沿y轴方向也一定发生变化，而相位沿宽边x轴却保持不变，用数学式子表示出来就是：0x（6-5-6）y2yRy在y轴边沿处相移量最大值D2。yymax4Ry对楔形角锥喇叭天线，由于宽边x、窄边y同时逐渐张开，在这两个方向上口面场相位也会按平方率变化，用数学式子表示出来就是：x2y2()xyRRxy与此对应的相位最大值为D2D2，相当(xy)xymax4RRxy于沿变化了的宽边x、窄边y均按平方率变化。2.2.1.3矩形喇叭天线口面场振幅分布对于矩形喇叭天线，可以看成是由矩形波导沿不同边逐渐张开而形成，因此，在矩形喇叭天线中，其口面场相位除随变化边坐标按平方律分布外，振幅总是随宽边x按余弦规律分布。把三种喇叭天线口面场振幅和相位随宽边x和窄边y的分布用数学式子表示出来就是：由此可见，对于和矩形波导连接的楔形喇叭，不管其口面场Es=Esy沿那个边张开形成，其振幅沿窄边y轴方向是均匀的，而沿宽边x方向振幅按余弦规律变化；而相位却随变化的那条边按，平方率变化。正因为喇叭天线口面场分布不均匀，导致喇叭天线辐射场方向性较差，因而它只能作为一般面天线的照射器，而不能作为独立的面天线使用。2.2.2喇叭天线辐射场的方向性与最佳喇叭根据本章第三节的讨论结果，只要把各种喇叭天线口面场分布函数带入口面辐射场一般表示式中，即可得到喇叭天线的辐射场何方向函数。把E面扇形喇叭口面场分布函数代入E面辐射场表示式中，并令参数D2，D21，其中syl(R2y)28lyy4yDy为y方向口径最大值，可画出E面扇形喇叭天线E面方向图。把H面扇形喇叭口面场分布函数代入H面辐射场表示式中，并令参数D2，tx8lxD21，其中Dx为x方向口径最大值，可画l(R2x)2xx4出H面扇形喇叭天线H面方向图。图6-5-4E面喇叭的E面方向图图6-5-5H面喇叭的H面方向图在图6-5-4中，曲线对应等的s0，即l或Ryy幅同相位口面辐射场（均匀口面场）的E面方向图。图6-5-5中，曲线对应振幅t0，即l或Rxx按余弦同相位口面辐射场H面方向图。由以上两图可见，把s=0和t=0对应的口面辐射场与st不等于0的方向图作比较，其最明显的差别有两点：零点消失，主瓣变宽；过大的口面场相位偏差使不再是最大的辐射方向，而整个喇叭天0线的辐射方向图形类似马鞍形。对于喇叭天线，为了获得较好的辐射方向图，使最大辐射方向保持在方向位置上，也就是0沿着喇叭天线口面的法线方向，工程上规定E面扇形喇叭口面场的最大相位差不超过，也就是：2D2max•yy4R2yD2Ryy对于H面扇形喇叭，保持最大辐射在方向0上，规定其口面场最大相位偏差为：D23max•yx4R4yD3Rxy这一数值比E面扇形喇叭的限制宽松。这是因为H面扇形喇叭口面场振幅岁呈余弦分布，但在口面边沿位置其振幅绝对值较小，这样即使在该位置有较大的相位偏差，对整个H面扇形喇叭天线辐射场方向性影响仍不会太大。根据面天线方向系数计算式可得到楔形喇叭天线的方向系数为：D(D)(D)32DHDEyx其中D与D分别为H扇形喇叭河E面扇形喇HE叭的方向系数，它们的大小为：4DR（6-5-15）Dyx{[C(u)C(v)]2[S(u)S(v)]2}HDx64DRDxy[C2(w)S2(w)]EDy其中C(u)和S(u)为菲涅尔余弦和正弦积分，即：uuC(u)cos(t2)dtS(u)sin(t2)dt0202而其它参变量为：1RD1RDDu(xx)v(xx)wy2DR2DR2Rxxxxy图6-5-6和图6-5-7分别画出了H面扇形喇叭天线的方向系数和E面扇形喇叭天线的方向系数随其口径相对尺寸D和D的关系曲线。为了xy消除方向系数对口径尺寸和的依从关系，图DDxy中纵坐标表示D与、D与的乘积，只要把从xDyDHE曲线纵坐标中查出的数值乘以D和D，就可得到xy不同口径面喇叭天线的方向系数D与D数值。HE图6-5-6H面扇形喇叭的方向系数图6-5-7E面扇形喇叭的方向系数