天线10_喇叭天线与反射面天线.pdf

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1、2013.5.1主要内容1等效原理2惠更斯元的辐射3平面口径的辐射4喇叭天线5旋转抛物面天线6卡塞格伦天线面天线深空探测网天文望远镜阿雷西博射电望远镜，球面天线直径305米，深508米2007年7月10日，国家发展和改革委员会原则同意将500米口径球面射电望远镜（FAST）项目列入国家高技术产业发展项目计划，中国科学院国家天文台FAST项目正式完成国家立项。项目建设地点为贵州省黔南自治州，建设期5.5年。面天线结构与等效原理面天线的结构与等效原理如图所示，面天线通常由金属面S和初级辐射源组成。设1包围天线的封闭曲面由金属面的外表

2、面S以及金属面的口1径面S共同组成，由于S为导体的外表面，其上的场为零，21于是面天线的辐射问题就转化为初级辐射源口径面S的辐射。2由于口径面上存在着口径场E和SH，根据惠更斯原理(Huygen‘sSSS12Principle)，包围波源的闭合面上的各点都可作为二次波源，它们共同决定了面外任意一点的场，这些二次辐射源称为惠更斯元。以包围源的一个闭合面做为二次辐射源，相当于使闭合面内的场为零，这种假设使得在界面两侧，场由零跃变为Hs,Es，即发生了不连续，这种不连续只有在界面上存在相应的面电流与面磁流时才能发生，由此证明，界面上的

3、等效面电流密度与等效面磁流密度为JeHnxmJeEns上式中的等效面电流与等效面磁流正是实际天线的等效场源。故由所有惠更斯元的辐射之和即得到整个口径面的辐射场。为方便计算，口径面S通常取为平面。当由口径2场求解辐射场时，每一个面元的次级辐射可用等效电流元与等效磁流元来代替，口径场的辐射场就是由所有等效电流元（等效电基本振子）和等效磁流元（等效磁基本振子）所共同产生的。这就是电磁场理论中的等效原理(FieldEquivalenceTheorem)。圆形口径面矩形口径面惠更斯元的辐射惠更斯元的辐射如同电基本振子和磁基本

4、振子是分析线天线的基本辐射单元一样，惠更斯元是分析面天线辐射问题的基本辐射元。如图所示，设平面y口径面（xOy面）xdxm上的一个惠更斯元EyHJxrxds=dxdye，其oJy)nez上有着均匀的切向zdy等效电场E和切向磁场yHx。dsdxdyEy负号由场矢量与电波Hx传播方向关系决定120根据等效原理：1.等效电基本振子面元上的等效面电流密度为JeHJnxy相应的等效电基本振子电流的方向沿y轴方向，其长度为dy，数值为IJdxHdxyx注意此处dx意义（表示沿x方向等效面电流密度的不均匀）2.等效磁基本

5、振子面元上的等效面磁流密度为mmJeEJnyx相应的等效磁基本振子磁流的方向沿x轴方向，其长度为dx，数值为mmIJdyEdyxy相互正交放置的等效电基惠更斯元的辐射本振子和等效磁基本振子的辐射场之和。在研究天线的方向性时，通常更关注两个主平面的情况，所以下面也只讨论面元在两个主平面的辐射1.E平面（yOz平面）EyHx120电基本振子产生的辐射场为e60(Hdxdyx)jkrydEjsineedEearmdE磁基本振子产生的辐射场为r()EdydxImyjkrdEjeeam2rIOzee

6、EeyjkrdEjcosedxdye2rEmyjkrdEjedxdye2r于是，惠更斯元在E平面上的辐射场为1jkrdEj(1cos)EedseEy2rx2.H平面（xOz平面）dEmdEe电基本振子产生的辐射场为rmI1jkrdEjEedseIeyOz2r磁基本振子产生的辐射场为1jkrdEjEcosedsemy2r于是，惠更斯元在H平面上的辐射场为1jkrdEj(1cos)EedseHy2r两主平面的归一化方向函数均为1FF()()(1cos)E

7、H290°120°60°惠更斯辐射元的归一化方向图如图所示。150°30°由方向图的形状可以看出，惠更斯元的最180°大辐射方向与其本身0°垂直。如果平面口径由这样的面元组成，150°30°而且各面元同相激励，则此同相口径面的最120°60°大辐射方向势必垂直90°于该口径面。惠更斯元归一化方向图平面口径的辐射平面口径的辐射如图，设有一任意形状的平面口径位于xOy平面内，口径面积为S，其上的口径场为E，因此该平面口径y辐射场的极化与惠更斯元的极化相同。yyM(r,,)xds(x,y)RssxsrSOz平面口径坐标系坐标

8、原点至远区观察点M(r,θ,φ)的距离为r，面元ds(x,y)ss到观察点的距离为R，将惠更斯元的主平面辐射场积分可得到平面口径在远区的两个主平面辐射场为1jkREj(1cos)Exye(,)dxdyMyssss2rsyyM(r,,