超宽带天线在通信系统中有着重要的运用,其中一种典型的设计形式即为加脊喇叭天线,这种天线被广泛地应用于生活的许多方面,例如:车载雷达、数字通信、测量测距以及安检成像系统等。为了同时实现加脊喇叭天线的阻抗超宽带与稳定的方向图超宽带,本文设计并定量分析了一种可以应用于1-40 GHz频段的具有金属栅格侧壁并加载透镜的双脊喇叭天线。首先设计了一种TEM加脊喇叭天线,该天线的阻抗带宽为1.7-18 GHz,方向图主瓣在16 GHz时开始分裂。为解释天线的超宽带辐射工作机理,利用CST Microwave Studio?软件对天线进行仿真。仿真结果表明,TEM加脊喇叭的辐射主要由脊上的电流产生。通过仿真获得天线的表面电流数据建立TEM加脊喇叭天线的等效行波电流模型。根据该模型计算出的方向图与仿真方向图吻合地很好,证明了所提出模型的正确性,解释了TEM加脊喇叭的辐射机理。接着在TEM加脊喇叭天线的基础上设计了一种带有金属栅格侧壁的超宽带双脊喇叭天线。金属栅格的引入将天线的最低工作频点从1.7 GHz降低为1GHz,抑制了方向图主瓣在16-18 GHz频段内分裂凹陷的现象同时提高了增益。从电容电感谐振的角度定量分析了反射系数改善的原因;对于方向图的改善,根据仿真结果将引入的金属带条等效为驻波振子,振子的补偿辐射抑制了方向图主瓣在高频段的分裂凹陷进而提高了天线增益。当仿真频带拓宽为1-40 GHz时,天线的驻波系数在整个频率范围内小于2.5,但金属带条的补偿辐射作用有限,且喇叭口面平方律相位差随着频率升高而进一步增大,辐射方向图主瓣在20-40 GHz的频段内重新出现分裂凹陷。采用在喇叭口面加载双曲边界轴对称介质透镜的方法来减小喇叭口面的平方律相位差,加载的介质透镜在保证阻抗带宽不变的情况下抑制了方向图主瓣的分裂。最终所设计的天线在1-40 GHz频率范围内的驻波系数不大于2.5,相对带宽高达190.24%;天线的辐射方向图在整个频段内沿喇叭口径法线方向定向辐射,且方向图主瓣不分裂,3 d B主瓣宽度在低频段随频率的升高而减小,在高频段稳定在10°左右;天线的增益在频带内稳定提升,最高为23.88 dBi,在3-40 GHz频率范围内大于10 dBi,在14-40 GHz频率范围内大于20 dBi。