喇叭天线是一种被广泛应用的天线之一，其结构简单，频带宽，功率容量大，且增益较高。喇叭天线经常在大型射电天文学、卫星跟踪以及通信天线中作为馈源天线。除了作为反射器和透镜的馈源之外，它还是相控阵的常用单元，并作为其他天线的校准和增益测量的通用标准。

喇叭天线是由矩形波导或圆形波导按照特定方式逐渐展开而形成的。由于波导口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得反射系数变小。对于馈电矩形波导而言，应尽量满足单模传输，即只传输 TE10 波，这样不仅使信号能量集中，损耗减小，也可避免模式间干扰带来的影响以及多种模式引起的附加色散。

根据喇叭天线展开方式的不同，可以分为扇形喇叭天线、角锥喇叭天线、圆锥喇叭天线、波纹喇叭天线、加脊喇叭天线、多模喇叭天线等，下面对这几种常见的喇叭天线进行一一介绍与仿真。

扇形喇叭天线

E E E 面扇形喇叭天线

E E E 面扇形喇叭天线是由矩形波导在电场方向上按照一定角度张开而成的。

下图给出了 E E E 面扇形喇叭天线的仿真结果。可以看出，该方向图在 E E E 面方向上的波束宽度较 H H H 面方向窄，这是 E E E 面具有更大口径导致的。

H H H 面扇形喇叭天线

H H H 面扇形喇叭天线是由矩形波导在磁场方向上按照一定角度张开而成的。

下图给出了 H H H 面扇形喇叭天线的仿真结果。可以看出，该方向图在 H H H 面方向上的波束宽度较 E E E 面方向窄，这是 H H H 面口径更大导致的。

角锥喇叭天线

角锥喇叭天线是由矩形波导同时在两个方向上按照一定角度张开而成的。

下图给出了角锥喇叭天线的仿真结果，其辐射特性基本上是 E E E 面和 H H H 面扇形喇叭的结合。

圆锥喇叭天线

当圆波导的开口端呈喇叭状时，它被称为圆锥喇叭天线。圆锥喇叭天线的上方为圆形或椭圆形的孔径。

下图给出了圆锥喇叭天线的仿真结果。

波纹喇叭天线

波纹喇叭天线是一种具有波纹状内表面的喇叭天线。它具有频带宽、交叉极化低、波束对称性能好的优点，但其结构复杂，加工难度和加工成本较大。

波纹喇叭天线可分为角锥波纹喇叭天线和圆锥波纹喇叭天线两种类型。

角锥波纹喇叭天线

圆锥波纹喇叭天线

下图给出了圆锥波纹喇叭天线的仿真结果。

加脊喇叭天线

常规喇叭天线在工作频率大于 15 GHz 时，后瓣开始出现分裂现象，且旁瓣电平增大。在喇叭腔体内加入脊结构，能够增加带宽、降低阻抗、提高增益、并加强辐射的方向性。

加脊喇叭天线主要分为双脊喇叭天线和四脊喇叭天线，下面以最常见的角锥双脊喇叭天线为例进行仿真。

角锥双脊喇叭天线

在波导部分和喇叭张开部分中间加入两个脊结构即是双脊喇叭天线。波导段部分分为后腔和脊波导，后腔可以将波导内被激励起的高次模滤除，脊波导降低了主模传输的截止频率，从而达到展宽频带的目的。

加脊喇叭天线要比同频带的一般喇叭天线体积要小，增益比同频带的一般喇叭天线要高。

下图给出了角锥双脊喇叭天线的仿真结果。

多模喇叭天线

在许多应用中，喇叭天线需要在所有平面上提供对称方向图，在 E E E 面和 H H H 面上实现相位中心重合，以及旁瓣抑制。

利用多模激励的喇叭结构可以改善各平面的波束等化效果和降低旁瓣电平。其中最常见的多模喇叭天线是双模圆锥喇叭天线。

双模圆锥喇叭天线

双模圆锥喇叭通过引进一个高次模 TM11 模来改善 E E E 面方向图，使其方向图具有轴对称的等化波束特性。下图是圆波导中主模 TE11 模和高次模 TM11 的口径电场分布及其合成后的口径场分布示意图。

双模圆锥喇叭的结构实现形式不是唯一的，常见的实现方式有 Potter 喇叭和 Pickett-Potter 喇叭。

下图给出了 Potter 双模圆锥喇叭天线的仿真结果。

除了以上介绍的几种传统喇叭天线外，还有指数型喇叭天线、对数型喇叭天线、口径匹配喇叭天线、 TEM 喇叭天线、介质加载喇叭天线等新型喇叭天线，后期再进行相关整理。

HFSS 仿真文件下载

HFSS 版本：Ansys Electronics Desktop 2023 R1

说明：该项目文件主要由 ACT 插件辅助生成，仅供学习参考。如果对某些天线性能有严苛指标要求，需自行优化结构参数。大家按需自取。

仿真文件获取方式：在【零妖阁】gzh 后台发送 “20230601” ，获取百度云下载链接。

参考文献

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