抛物面天线基础理论.doc

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1、3抛物面天线基础理论3.1抛物面天线的结构特点与工作原理3.1.1结构特点和要求常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分构成：照射器：由一些弱方向性天线来担当，像短点对称振子天线、喇叭天线，其作用是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。抛物面：它一般由导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5—3mm，或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栏。网孔的最大直径要求小于，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。其作用是构成天线辐射场方向性的主要部分，由两部分构成的天线结构原理如图所示：3.

2、1.2抛物面的几何尺寸及特性一般用于面天线反射面的抛物面，都具有以剖面图6-6-1中的z轴为中心呈旋转对称式结构。在剖面图中，把o称为抛物面的顶点，F称为抛物面的焦点，称为抛物面的张角，是从焦点F到口面边沿射线与OF轴线的夹角；D=2R称为抛物面口面直径，R为口面半径；为焦点F到反射面上任意点的距离。由抛物面的定义可知：此关系式是以焦点F为极坐标原点得出的抛物线方程，由此可进一步得到：由图6-6-1还可得到：把口面直径代入6-6-3可得到：，或者3.1.3抛物面天线的工作原理根据抛物面的集合特性，可以得到抛物面的两个重要性

3、质：（1）由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，反射线互相平行，且都平行于其轴线OF，即。反过来，平行于OF轴线的射线，经旋转抛物面的反射作用，其反射线均汇聚于其焦点处。（2）由焦点发出的射线，经由旋转抛物面反射到达口面时，其长度相等，即：6-6-3这说明，由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，每条射线路程均相等。根据以上两条可以得到，当把照射器置于焦点位置，并使照射器的相位中心与抛物面焦点重合，照射器辐射出的球面波经旋转抛物面反射后，在口面上将转变成平面波，使抛物面天线口面场形成均匀分布。由前面讨论结果得知，均匀口面

4、场必将产生强方向性辐射场，这就是利用旋转抛物面产生强方向性辐射场的原理所在。当然，如果把旋转抛物面天线用作接收，入射波又是平面波形式，经抛物面反射后，就会把平面波转换成球面波传送到位于焦点位置的照射器，形成聚集接收，增加照射器接收信号的强度。3.2抛物面天线的口径场和辐射场分布与方向性3.2.1口径场分布抛物面天线口面场分布情况，直接决定着整个抛物面天线辐射场的方向性。而口面场分布情况又由照射器、反射面共同来决定。对于实际使用的长焦距抛物面天线，不管采用振子型照射器，还是喇叭天线照射器，造成抛物面天线口面场分布都具有图6-

5、6-3所示的分布特征。由图6-6-3可见，在实际抛物面天线口面上，其口面场分布不是严格的单一方向线极化波，而是含有两个场分量，只是分量远大于分量。为此我们把称为主极化分量，称为交叉极化分量。如照射器辐射功率为，方向性系数为D，口面场主极化分量与二者的关系为：由图6-6-4可见，随着，也就是由口面中心向外，距越远，Esy数值越小。换言之，口面场的主极化分量数值随着离口面中心距离增大，数值变小。这说明实际使用的抛物面天线口面场并非真正的均匀分布结构。在已知抛物面的主极化分量Esy后，把它代入面天线辐射场表示式中，并对具体的抛物

6、面口面进行积分运算，就可的到抛物面天线的辐射场和方向函数。3.2.2抛物面天线辐射场的方向性3.3抛物面天线的技术要求3.3.1对照射器的要求依据上面5条，工程中常采用下面几种照射器：①采用波导馈电的振子型照射器采用波导馈电的振子型照射器的结构原理如图6-6-4所示。为了减弱波导口对振子型照射器方向图的遮挡影响，把波导窄边逐渐变窄形成一过渡段，就可以达到这一目的。同时也为了改善振子型照射器方向图的对称性，常在金属薄板的宽边上平行安置“两对”电对称振子构成四振子照射器，如图6-6-4所示，这样就可利用双振子照射器（四振子天线

7、阵）H面方向图比E面方向图主波瓣宽的特性，保证照射器能量均匀射向抛物面方向。3.3.2照射器对反射面的影响（1）照射器对反射面产生的遮挡影响选用照射器时，如果尺寸过大，将会产生对反射面二次辐射场的遮挡，降低口面场分布的均匀程度，辐射场主瓣变宽，副瓣电平升高，方向系数D下降。解决措施是：A、采用高效照射器；B、采用后馈式馈电方式；C、采用斜馈式馈电方式，其原理如图6-6-6所示。（2）照射器安装公差对辐射场的影响①纵向偏焦纵向偏焦指的是照射器虽安装在中心线上，但其相位中心不在抛物面的焦点位置，而是靠近或远离了焦点位置，如图6

8、-6-7所示。②横向偏焦3.3.3反射面对照射器的影响反射面对照射器的影响，主要是经反射面的作用，把一部分电磁波投射到照射器上，也相当于被照射器再次吸收。照射器通过波导管与发射机相连，它吸收的这部分能量将通过波导管反传给发射机，其结果相当于照射器改变了馈电波导管的输入阻抗，造成照射器与馈线之间的阻抗失配