圓形槽波導喇叭天線的研究

摘要:本文采用了口徑面天線輻射的一般理論，分析了圓形槽波導喇叭天線的遠區場特性。并以最佳方向性系數為目標提出了優化設計方案。

關鍵詞:圓形槽波導 喇叭天線 方向性系數

1 緒論

口徑面天線的共同特點是存在一個真實的幾何口徑平面，能量通過這個平面進出天線。菲涅爾于1818年發展了惠更斯原理，指出“空間任意一點的振幅等于所有次級子波在該點振幅的疊加”。稱為惠更斯-菲涅爾原理，它定量地給出了波源和場的因果關系。圓形槽波導是具有寬頻帶、低損耗、低色散、單模工作大尺寸等諸多優良特性的新型波導，本文對利用圓形槽波導設計的寬頻帶喇叭天線進行研究。

2 圓形槽波導喇叭天線的理論分析[1]

要求解喇叭天線遠區輻射場的關鍵是掌握口徑場的分布。本節就從圓形槽波導喇叭天線的口徑場入手，求出遠區輻射場，然后研究其方向性系數，進而確定優化的設計方案。

2.1 圓形槽波導喇叭天線的口徑場

圓形槽波導喇叭天線是圓形槽波導的終端輻射器。在波導末端，兩塊金屬壁逐漸張開，中心圓槽也張開成圓錐狀。為分析方便，假設圓形槽波導喇叭天線的口徑場仍然具有是波導主模場的結構，將口徑面也同樣分成A、B―兩塊區域，見圖1。經過計算得出兩區域電場分布的表達式:

2.2 圓形槽波導喇叭天線的方向性系數

天線總是在空間各向異性的輻射或接收能量。其中輻射最強的那個位置的輻射強度值與總輻射強度在所有方向上的平均值之比定義為天線的方向性系數[2]。方向性系數是表征天線的一個重要參量。圓形槽波導喇叭天線輻射的最強處位于z軸正方向上。設定中心頻率為30GHz，經過計算，得到如圖2所示的方向性系數和波導結構尺寸的變化圖像。

3 小結

以最佳方向性為目標，圖2中虛線給出了設計天線時的最佳尺寸。本文通過對圓形槽波導喇叭天線方向性系數的研究，為該天線的進一步應用奠定了基礎。

參考文獻:

[1]Liu Yong， Yang Hong-Sheng， Wide Band Circular Groove Guide Horn Antenna， IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2003.

[2]阮成禮.超寬帶天線理論與技術.哈爾濱工業大學出版社.2006.