1。2 超宽带天线的研究方法

超宽带天线的分析常用到数值模拟的方法，数值模拟方法有很多种，但是它 主要分为时域分析法和频域分析法两种。时域的分析方法主要有两种分析方法， 其中一种是有限差分法，另外一种是有限积分法。另外，频域的分析方法包括有 限元法和矩量法。而且值得注意的是，由于研究超宽带天线的基本理论来源于瞬 态电磁场，所以我们在推导和分析的过程中经常用到格林函数分析法和施瓦茨变 换法等分析方法[4]。在本中我们主要用到了频域分析方法中的有限元法，结合专 业的设计软件来设计满足要求的天线。

1。3 论文的内容及安排

第一章为绪论，简单介绍了超宽带天线研究背景及应用，及全文内容安排； 第二章阐述了双脊喇叭的基础理论和天线的一些相关考察参数； 第三章对本论文设计所使用的高频仿真软件 HFSS 进行简单的介绍； 第四章设计了一款基本满足设计要求的双脊喇叭天线并对其一些参数进行仿真； 第五章对所设计的超宽带双脊喇叭天线的一些结构的尺寸进行扫描和优化。

第二章 双脊喇叭天线的理论分析

我们都知道，双脊喇叭天线从结构上来看是由逐渐张开的脊波导构成的。除 此之外，在结构上加入脊波导使天线主模的截止频率大大降低，从而令天线的工 作频带大大拓宽。本章节我们先介绍喇叭天线的基本知识，随后介绍脊波导的结 构和相关理论，最后介绍了双脊喇叭天线的基本结构。

2。1 喇叭天线概述

众所周知，波导开口逐渐张开进而组成了基本的喇叭天线结构，但是在波导 的终端开口处会产生一些变化，这个变化就是波导所产生的波束会过于太宽。不 仅这样，波导终端的尺寸的突然变化不仅会导致产生高次模和信号的较大反射而 且容易引起波导特性阻抗与输入阻抗之间匹配不良。传统的喇叭天线因此在应用 上有着非常大的局限性。所以为了改善传统波导在结构上的不足之处，我们将波 导尺寸逐渐加大。通过将波导逐渐张开更大的尺寸，我们不仅让波导与空间可以 进行良好的匹配，同时又可以使天线获得较大的口径尺寸并且加强辐射的方向性。 进而使波束变窄。对于喇叭天线的分类有很多种方法，经典的喇叭天线根据其开 口的不同，我们可以将它们归为两类，一类是矩形喇叭天线，另一类是圆形喇叭 天线[5]。如图 2-1 介绍了几种常见的喇叭天线结构。

如图 2-1 所示：

图 2-1 几种常见的喇叭天线结构

（a）为 H 面扇形喇叭，它是由矩形波导窄边尺寸保持不变，并且在这个基 础上逐渐张开波导的宽边而形成的。

（b）为 E 面扇形喇叭，和以上 H 面扇形喇叭相比，它由矩形波导的宽边尺 寸不变并逐渐张开窄边构成。

（c）为角锥喇叭，它是由矩形波导的两边张开而构成的。

（d）为圆锥喇叭，它是由圆波导逐渐张开而来的。 上述介绍的几款普通喇叭天线具有结构简单、功率容量大和高增益的特性。

这些经典的喇叭天线在实际的微波测量系统中有着广泛的应用。尽管如此，传统 喇叭天线也有着一些缺点。这些缺点中其一就是由于波导的传输模式的缘故而限 制了喇叭天线的工作带宽[6]。但是如今科技飞速发展，宽带射频技术越来越先进， 更多的电子设备都开始要求天线的覆盖频带范围内要达到更高的倍频程。与此同 时，普通的喇叭天线有很多缺点。其中之一就是天线的工作频带较窄。因此根据 宽频带波导理论，许多拓宽喇叭天线的频带的方法相继被提出从而涌现出一批新 型的具有超宽带的喇叭天线，包括波纹喇叭天线和加脊喇叭天线等。