[科普中国]-矩形喇叭天线

喇叭天线是由逐渐张开的波导形成，逐渐张开的过渡段既可以保证波导与空间的良好匹配，又可以获得较大的口径尺寸，以提高辐射的方向性。矩形喇叭天线也就是波导的截面形状为矩形，此时，若保持矩形波导的窄边尺寸不变，逐渐展开宽边就得到H面矩形喇叭，而若保持矩形波导的宽边尺寸不变，逐渐展开窄边就得到E面矩形喇叭。1

结构

矩形喇叭天线一般是由反射面、喇叭天线、辐射计系统、校准系统、辐射计后端构成。

口径场分布

从矩形波导过渡到喇叭，当矩形波导中传输的主模式TE10波时，在喇叭内只存在3个场分量：2个横向分量，1个纵向分量。由于喇叭内臂互相不平行，而是从波导扩展到喇叭，电磁场矢量将改变方向。图2（a）为H面矩形喇叭天线口径场分布和内场结构。场结构在喇叭内和波导内的主要区别是：喇叭内波前已不再是平面波，从矩形波变成柱面波，喇叭口径面上相位则呈平方律分布。

喇叭内传播的波可看成是从喇叭边线的交点O发出的柱面波，其中O为喇叭的顶点，RH为H面喇叭顶点边缘的距离，D1为喇叭口径宽度，2φ0为喇叭张角，如图2（b）所示。波导口面场沿宽边和窄边的相位关系根据文献可得：

由于喇叭的等效长度远大于口面尺寸，即RH>>x。根据幂级数展开关系，可得：

对H面矩形喇叭虽然口面场Ey沿窄边y轴逐渐张开，但其相位却沿宽边x轴方向发生变化，相位具有平方律分布，在喇叭口径边缘具有最大相移量：

对H面矩形喇叭，口面场分布为

由此可见，对于矩形喇叭天线，不论口面场沿哪个方向扩张，其振幅沿窄边均匀分布，沿宽边余弦分布，相位沿扩张边平方律分布。

方向特性

矩形喇叭天线辐射场的表达式为：

方向性系数采用：

计算，得到H面喇叭方向性系数：

式中：

从而天线方向性系数：

下图给出了H面矩形喇叭方向系数与尺寸关系曲线。

最佳喇叭尺寸发生在：

于是，可得喇叭的最佳尺寸为

因此，矩形喇叭的最佳尺寸也就是对应的H面矩形喇叭的最佳尺寸。2