一种耐高温宽波束喇叭天线设计

　　摘 要：本文介绍了一种喇叭天线，通过减小H面口径宽度，增大了H面的波束宽度；为了增大天线的带宽，采用脊波导的形式并在天线开口端加脊；同时在天线口面加陶瓷介质材料天线罩以达到耐高温的性能。由于天线罩的反射，对天线驻波等性能有很大影响，通过HFSS软件仿真优化，天线增益达到9dB以上，H面-3dB波束宽度达到60度，在10%带宽内匹配良好。 

　　关键词：喇叭天线；脊波导；带宽；增益 

　　0 引言 

　　对喇叭天线进行优化设计，目前比较常用的耐高温的材料有石英玻璃、陶瓷等材料，但是从造价、电性能等方面综合考虑，采用陶瓷材料更加方便[2]。 

　　由于天线的口径与其波束宽度是成反比的，所以为了增加天线的波束宽度，只能减小天线的口径。针对线极化喇叭天线，具体要根据需要增大的是E面或者H面的波束宽度而相应地减小喇叭天线口面的长度或者宽度[3，4]。 

　　1 喇叭天线设计原理 

　　一般来说脊喇叭天线由三部分组成：馈电部分、脊波导部分、喇叭张开部分，为了达到耐高温的性能，还需要在喇叭开口端加上天线罩，其模型如图1所示。各部分的设计原理如下。 

　　（1）馈电部分的设计 

　　馈电部分结构示意图如图2所示，由于脊波导的阻抗很低，经过调整很容易达到50Ω，所以同轴接头2一般选用50Ω的SMA或N型接头。同轴线的外导体连接在波导的侧壁上，并于上面的脊4相连。内导体3穿过上面的脊连接到下面的脊形成短路。最后，在脊波导的后端加一段直波导1，通常长度应小于最高工作频率的半个波长。在这里设计的关键部分是接头的位置距离脊末端的距离，HFSS仿真结果表明，此距离越小，天线的匹配性能越好，所以在实际设计中，在考虑到脊的材料强度的基础上尽量缩短这一距离。 

　　（2）脊波导部分设计 

　　脊波导部分截面示意图如图3所示。波导的横截面尺寸为a×b，脊宽为a1，脊间距b1，波导口径的选择以高端频率来选取，矩形口径直波导加脊后截至频率的计算式为： 

　　C=cosh-2ln 

　　？姿'=2a 

　　= 

　　联合以上三式即可求得截至波长？姿，其中x=b1/b，Cd是关于x的一个不连续性电容的函数，？着是传播媒质的介电常数。 

　　（3）喇叭张开部分设计 

　　喇叭张开部分设计需要考虑三个问题：1、为了扩展H面的波束宽度，H面的喇叭口应该紧缩，但是这样会引起喇叭内电磁波模式的变化，给驻波带来影响，所以紧缩的尺寸大小需要优化；2、因为下一步还会有天线罩的安装，所以需要在天线的口径面上做一些处理以方便天线罩的安装；3、在喇叭张开段脊曲线的设计。