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什么是喇叭天线?

2022-04-12 成都南骄科技有限公司 0

  什么是喇叭天线?

  喇叭天线是一种专门为微波频率设计的孔径天线。天线末端加宽或呈喇叭状。由于这种结构,具有较大的方向性,使得发射的信号可以很容易地传输到很远的距离。喇叭天线在微波频率下工作,因此这些天线的频率范围为高或超高,范围为300 MHz–30 GHz。

  这些天线用作抛物面天线、定向天线等大型天线的馈电喇叭。使用这些天线的好处是设计和调整简单、SWR(驻波比)低、方向性适中、带宽宽。

  喇叭天线设计与工作

  喇叭天线设计可以通过形成为喇叭的喇叭形波导来完成。这些用于传输和接收RF微波信号。通常,这些与波导馈电和窄波束内的直接无线电波结合使用。这里,扩口部分可以是任何形状,如方形、圆锥形或矩形。为了正常工作,该天线应为最小尺寸。如果波长非常大或喇叭尺寸非常小,则天线将无法正常工作。

  在这个天线中,入射能量的一部分可以从波导的入口辐射出去,其余的能量会因为开放的入口而从同一个入口反射回来,空间和波导之间会存在较差的阻抗匹配.此外,在波导的边缘,衍射会影响波导较差的辐射能力。

  所以为了克服波导的弊端,它的末端开成电磁喇叭的形式。这样就可以在空间和波导之间实现平滑过渡,从而为无线电波提供更好的方向性。

  通过像喇叭结构一样改变波导,消除了空间和波导之间存在的不连续性,377欧姆阻抗。因此,这通过减少边缘上的衍射提供了在前进方向上发射的入射能量。因此,发射天线的方向性可以通过优异的增益得到增强。

  喇叭天线的工作原理如下,一旦波导的一端被激发,就可以产生场。一般来说,波导和自由空间内的场将以类似的方式传输。但是,在使用波导传播的情况下,可以通过波导壁控制pnm传播场,因此该场不会呈球形传播,因为自由空间传播不是这种情况。

  一旦穿越场到达波导端,它就会以与自由空间相同的方式传输。因此,在波导端,可以获得球面波前。

喇叭天线

  喇叭天线的类型

  喇叭天线分为不同类型的金字塔形、圆锥形和指数形。

  锥形喇叭天线

  顾名思义,这种天线呈矩形横截面的金字塔形。该天线可以通过张开两个波导壁来形成。在该天线中,使用了矩形波导,并且可以在磁场和电场矢量的方向上进行扩口。这些天线仅用于辐射线极化无线电波并与矩形波导一起使用。

  扇形喇叭天线

  这是一种只有一对面张开而另一对面平行的天线。它在张开的一侧的平面中生成一个扇形的薄光束,但在窄侧的平面中很宽。这些类型的天线经常用作馈电喇叭,特别是用于宽搜索雷达天线。

  所以在这个天线中,可以简单地通过波导壁之一进行扩口。此外,这些被分类为两种类型的E-平面和H-平面。

  E平面

  一旦天线中的一个波导壁随着电场矢量方向张开,就称为E平面天线。

  H平面

  一旦天线中的波导壁随着磁场矢量方向张开,它就被称为H平面天线。

  锥形喇叭天线

  当天线喇叭为具有圆形横截面的锥形时,称为锥形喇叭天线。这些天线仅通过圆柱形波导使用。锥形天线结构是圆形波导扩口的结果。圆形喇叭天线在自然界中可以是双锥形或圆锥形。

  指数喇叭天线

  这些天线有时称为标量喇叭天线。与另一种喇叭天线相比,该天线是一种替代方案,它具有一个指数锥形面,从天线开口到波导终端形成一个曲面。

  这种天线被称为指数喇叭天线,因为侧面之间的分离空间像长度的函数一样呈指数增加。这些类型的天线为巨大的频率提供恒定的阻抗,因此内部反射的可能性较小。这种类型的设计将减少内部反射的数量,允许在极宽的带宽内保持恒定的阻抗和电气性能。

  波纹喇叭天线

  这种类型的天线包括沿t的凹槽或平行槽,并且横向朝向天线的轴。与工作波长相比,这些设计特点很小,允许带宽以上的旁瓣和交叉极化水平极低。

  这些天线具有许多优点,例如旁瓣小和带宽更宽。波纹状喇叭提供几乎对称的设计,包括E和H平面波束宽度几乎相同。因此,这些天线被用作射电望远镜和卫星天线中的馈电喇叭。

  喇叭天线增益

  通过喇叭天线的设计参数,如轴长、路径差、喇叭角和孔径尺寸,可以很容易地计算出喇叭天线的增益。通常,金字塔号角旨在提供最佳增益。因此,该天线相对于向所有方向均等发射的各向同性源的增益可以简单地从以下公式得出:

  增益=4πAeA/λ^2

  锥形喇叭天线的增益公式可以表示为

  增益=(πdλ^)2 eA

  在哪里

  'A'是光圈的物理区域

  'd'是天线孔径的直径

  'λ'是波长

  'eA'是孔径效率

  该天线的操作可以非常有效地完成。因此,该天线的耀斑在自由空间和波导之间提供了平坦的匹配。它的角度会影响许多属性,例如增益和方向性。

  喇叭入口孔径平面处的电场和磁场模式将决定辐射模式。由于波阵面是球面的,因此相位将从孔径平面边缘到中心平滑地增加,这是由于中心点长度和边缘点距顶点的差异,这被称为相位误差。

  该误差将通过喇叭角增加,因此通过提供比抛物面天线更宽的波束宽度喇叭来增加波束宽度并降低增益。一旦喇叭尺寸增加,相位误差就会增加,并为喇叭提供更宽的辐射方向图。

  保持波束宽度窄需要更长的喇叭来保持相位误差稳定。上升的相位误差将实际喇叭的孔径大小限制为15个波长,因为更大的孔径需要长喇叭是不切实际的。因此,这将实际喇叭的增益限制在30 dBi,并将等效的最小波束宽度限制在5到10°。


  优点

  喇叭天线的优点包括以下内容。

  这些天线可以在很宽的带宽、很宽的频率范围内工作,因为它们没有谐振元件。

  喇叭天线的波束宽度为10:1比率(1 GHz–10 GHz),这是常见的,20:1也是可能的。

  设计很简单。

  它们也很容易连接到波导和同轴馈线。

  这些天线具有低SWR(驻波比,这意味着它们可以减少驻波。

  良好的阻抗匹配。

  它的性能在整个频率范围内都很稳定。

  可以形成小的小裂片。

  这些天线用作大型抛物面天线的馈电喇叭。

  更好的方向性。

  避免了驻波。

  结构中不存在共振元件使其能够在很宽的带宽上工作。

  它在自然界中极具方向性,因此提供了更高的方向性。

  它提供更少的反射。


  缺点

  喇叭天线的缺点包括以下内容。

  这些天线将以球面波前形状辐射能量,因此该天线不提供定向或锐波束。

  它们的增益有限,如20 dB,所以为了提高天线增益,喇叭的开口应该做得更大,这样喇叭的长度就会变得过长。

  喇叭角设计将决定指向性。

  喇叭口的长度和喇叭口的角度不能太小。

  天线的方向性取决于喇叭角。

  喇叭尺寸必须足够大,否则有时会使天线变得笨重。


  应用

  喇叭天线的应用包括以下内容。

  这些主要用于天文研究。

  这些用于基于微波的应用。

  这些可以用作提要元素。

  这些在实验室中用于测量不同的天线参数。

  在微波频率下,只要适度的增益就足够了,就会使用这些。

  喇叭尺寸必须很大,才能在中等增益操作中使用高增益。

  这些类型的天线适用于测速摄像机,以避开会中断所需响应的反射。

  抛物面反射器可以通过喇叭天线等馈电元件来激发。因此,通过该天线提供的更高方向性允许它点亮反射器。

  因此,这是关于喇叭天线、类型及其应用的概述。这些天线在微波区域非常流行,它提供较低的驻波比、高增益、相当宽的带宽等。

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