1、3.6.3 平面口徑的增益與效率平面口徑的增益與效率22,6.2.8,yssssSyssssSExydx dyvSExydx dy24D= 6-2-9 Sv 第六章第六章 面天線（口徑天線）高增益，窄波束面天線（口徑天線）高增益，窄波束H面喇叭面喇叭E面喇叭面喇叭角錐喇叭角錐喇叭圓錐喇叭圓錐喇叭口徑天線指開口波導(dǎo)，喇叭天線，單反射面天線，雙反射面天線和透鏡天線。口口徑天線指開口波導(dǎo)，喇叭天線，單反射面天線，雙反射面天線和透鏡天線。口徑天線可以認(rèn)為有兩個(gè)基本的組成部分，一部分是將高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波徑天線可以認(rèn)為有兩個(gè)基本的組成部分，一部分是將高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波輻射能量，稱為饋源，它可

2、以是終端開口波導(dǎo)，喇叭，振子等弱方向性天線；另輻射能量，稱為饋源，它可以是終端開口波導(dǎo)，喇叭，振子等弱方向性天線；另一部分用來產(chǎn)生所需要的方向性，如拋物面，雙曲面，透鏡等一部分用來產(chǎn)生所需要的方向性，如拋物面，雙曲面，透鏡等63 喇叭天線喇叭天線2101 ()210.67TEa00LLLZZZZ 21218.105開口波導(dǎo)輻射器開口波導(dǎo)輻射器波導(dǎo)開口端是最簡單的口徑面天線，由于它的幾何面積小，所以方向性不強(qiáng)，方波導(dǎo)開口端是最簡單的口徑面天線，由于它的幾何面積小，所以方向性不強(qiáng)，方向系數(shù)低，且口面上的反射系數(shù)大。為克服這兩個(gè)缺點(diǎn)，提高定向輻射能力，增向系數(shù)低，且口面上的反射系數(shù)大。為克服這兩個(gè)缺

3、點(diǎn)，提高定向輻射能力，增大口徑面積并減小反射系數(shù)，人們把波導(dǎo)的四壁逐漸向外張開，就構(gòu)成喇叭天線。大口徑面積并減小反射系數(shù)，人們把波導(dǎo)的四壁逐漸向外張開，就構(gòu)成喇叭天線。喇叭天線（Horn Antennas）是最廣泛使用的微波天線之一。喇叭天線除了大量用做反射面天線的饋源以外，也是相控陣天線的常用單元天線，還可以用做對其它高增益天線進(jìn)行校準(zhǔn)和增益測試的通用標(biāo)準(zhǔn)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)簡單、饋電簡便、頻帶較寬、功率容量大和高增益的整體性能。10122pcufaa喇叭天線由逐漸張開的波導(dǎo)構(gòu)成。如圖所示，逐漸張開的過渡段既可以保證波導(dǎo)與空間的良好匹配，又可以獲得較大的口徑尺寸，以加強(qiáng)輻射的方向性。喇叭天線

4、根據(jù)口徑的形狀可分為矩形喇叭天線和圓形喇叭天線等。圖631中，圖(a)保持了矩形波導(dǎo)的窄邊尺寸不變，逐漸展開寬邊而得到H面扇形喇叭（H-Plane Sector Horn）；圖(b)保持了矩形波導(dǎo)的寬邊尺寸不變，逐漸展開窄邊而得到E面扇形喇叭（EPlane Sector Horn）；圖(c)為矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊同時(shí)展開而得到角錐喇叭（Pyramidal Horn）；圖(d)為圓波導(dǎo)逐漸展開形成的圓錐喇叭。由于喇叭天線是反射面天線的常用饋源，它的性能直接影響反射面天線的整體性能，因此喇叭天線還有很多其它的改進(jìn)型。H面喇叭面喇叭E面喇叭面喇叭角錐喇叭角錐喇叭圓錐喇叭圓錐喇叭圖631 普通喇叭天線

5、63 喇叭天線喇叭天線（1）喇叭天線結(jié)構(gòu)）喇叭天線結(jié)構(gòu)（2）口徑場分布）口徑場分布（3）遠(yuǎn)區(qū)場）遠(yuǎn)區(qū)場（4）口徑天線電參數(shù)）口徑天線電參數(shù)由6-2-3 and6-2-4 積分得到E面和H面的輻射場角錐喇叭天線結(jié)構(gòu)尺寸與坐標(biāo)角錐喇叭天線結(jié)構(gòu)尺寸與坐標(biāo)abhahbzyxELHLOEHOa、b為波導(dǎo)的寬邊和窄邊尺寸;ah、bh為相應(yīng)的口徑尺寸。OE、OH分別為E面、H面的頂點(diǎn)； LE、LH分別為E面和H面長度; LELH時(shí)，為楔形角錐喇叭；當(dāng)LE=LH時(shí)，為尖頂角錐喇叭；當(dāng)ah=a或LH=時(shí)，為E面喇叭；當(dāng)bh=b或LE=時(shí)，為H面喇叭。喇叭天線可以作為口徑天線來處理。喇叭天線的口徑場可近似地由矩形

6、波導(dǎo)至喇叭結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的相應(yīng)截面的導(dǎo)波場來決定。 面天線（口徑天線）的基本問題：求面天線的輻射場，怎么求？面天線（口徑天線）的基本問題：求面天線的輻射場，怎么求？口徑場法原理圖初級輻射源1S2SiVoV近似：把某些條件理想化的條件下，不顧空間近似：把某些條件理想化的條件下，不顧空間Vi和和Vo中場中場之間的相互聯(lián)系，認(rèn)為外界的場不影響內(nèi)部的場，即在與之間的相互聯(lián)系，認(rèn)為外界的場不影響內(nèi)部的場，即在與外部無關(guān)的條件下（外部無關(guān)的條件下（1）求解內(nèi)部的場，從而求得（）求解內(nèi)部的場，從而求得（2）S2（口徑面）上場的分布，通過口徑面的場（口徑面）上場的分布，通過口徑面的場（3）求解外部區(qū)）求解外部區(qū)域的

7、場域的場波導(dǎo)開口端是最簡單的口徑面天線，由于它的幾何面積小，所以方向性不強(qiáng)，波導(dǎo)開口端是最簡單的口徑面天線，由于它的幾何面積小，所以方向性不強(qiáng)，方向系數(shù)低，且口面上的反射系數(shù)大。為克服這兩個(gè)缺點(diǎn)，提高定向輻射能力，方向系數(shù)低，且口面上的反射系數(shù)大。為克服這兩個(gè)缺點(diǎn)，提高定向輻射能力，增大口徑面積并減小反射系數(shù)，人們把波導(dǎo)的四壁逐漸向外張開，就構(gòu)成喇叭增大口徑面積并減小反射系數(shù)，人們把波導(dǎo)的四壁逐漸向外張開，就構(gòu)成喇叭天線。從原理上來說，波導(dǎo)開口端和喇叭天線是很簡單的天線，但嚴(yán)格求解它天線。從原理上來說，波導(dǎo)開口端和喇叭天線是很簡單的天線，但嚴(yán)格求解它們的口徑場及外場卻相當(dāng)困難。們的口徑場及外場

8、卻相當(dāng)困難。 首先波導(dǎo)開口端面上與喇叭口面上的場分布首先波導(dǎo)開口端面上與喇叭口面上的場分布與無限長波導(dǎo)內(nèi)的場分布不同，而且空間傳播的與無限長波導(dǎo)內(nèi)的場分布不同，而且空間傳播的TEM波也不同，是結(jié)構(gòu)較為波也不同，是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的波復(fù)雜的波,在口面上除了入射波，還有反射波。再次，在口面上除了主波以外，在口面上除了入射波，還有反射波。再次，在口面上除了主波以外，在波導(dǎo)口及波導(dǎo)與喇叭連接處還有高次波型。此外由于波導(dǎo)和喇叭的開放性結(jié)在波導(dǎo)口及波導(dǎo)與喇叭連接處還有高次波型。此外由于波導(dǎo)和喇叭的開放性結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)開口和喇叭開口邊緣處和外壁上都有電流存在，它們也參與輻射。構(gòu)，波導(dǎo)開口和喇叭開口邊緣處和外壁上都有

9、電流存在，它們也參與輻射。基本假設(shè)：基本假設(shè)：(1)在喇叭與波導(dǎo)連接處，盡管產(chǎn)生高次模，但如果開口不是很大，在喇叭與波導(dǎo)連接處，盡管產(chǎn)生高次模，但如果開口不是很大，除主模外的高次模，會很快的衰減掉，認(rèn)為仍然只有主模傳輸（除主模外的高次模，會很快的衰減掉，認(rèn)為仍然只有主模傳輸（2）盡管除了）盡管除了入射波，還有反射波，但波導(dǎo)開口面逐漸張開，改善了它與自由空間的匹配，入射波，還有反射波，但波導(dǎo)開口面逐漸張開，改善了它與自由空間的匹配，反射波減小，只考慮入射波（反射波減小，只考慮入射波（3）盡管邊緣處和外壁上都有電流存在，但輻射）盡管邊緣處和外壁上都有電流存在，但輻射較小，不考慮邊緣處和外壁上都有電

10、流輻射問題，即邊假設(shè)緣與外壁上電流為較小，不考慮邊緣處和外壁上都有電流輻射問題，即邊假設(shè)緣與外壁上電流為零（零（4）盡管口徑場與無限長波導(dǎo)內(nèi)的場分布不同，但假設(shè)喇叭天線口徑面場）盡管口徑場與無限長波導(dǎo)內(nèi)的場分布不同，但假設(shè)喇叭天線口徑面場近似為無限長喇叭的場分布。近似為無限長喇叭的場分布。當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)高于波導(dǎo)的截止頻率時(shí)，其結(jié)果與嚴(yán)格解所得的結(jié)果基本上一致。當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)高于波導(dǎo)的截止頻率時(shí)，其結(jié)果與嚴(yán)格解所得的結(jié)果基本上一致。（2）口徑場分布）口徑場分布101021 ()10.67,2TETEaa00LLLZZZZ 21218.105在忽略波導(dǎo)連接處及喇叭口徑處的反射及假設(shè)矩形波導(dǎo)內(nèi)只傳輸TE

11、10模式的條件下，喇叭內(nèi)場結(jié)構(gòu)可以近似看作與波導(dǎo)的內(nèi)場結(jié)構(gòu)相同，只是因?yàn)槔仁侵饾u張開的，所以扇形喇叭內(nèi)傳輸?shù)臑橹娌ǎ忭斀清F喇叭內(nèi)傳輸?shù)慕茷榍蛎娌?因此在一級近似的條件下，喇叭口徑上場的相位分布為平方律，角錐喇叭口徑場為：222mm242xxxLaaxxx平方率的相位分布22m22ym2222m,24,24,(632)4hhHHhhEEsshhHEHEaaxxLLbbyxLLxyabLLLL xxyxy當(dāng)時(shí)出現(xiàn)最大相位偏移，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)最大相位偏移，最大相位偏移220cos(63 1)120ssHExyjLLyssysxhExEEEeHHa ，有了口徑場的表達(dá)式，根據(jù)式（623）和（624）

12、就可以分別計(jì)算角錐喇叭的E面和H面的輻射場。盡管寫出其解析表達(dá)式比較困難，但是卻可以依靠計(jì)算軟件求出數(shù)值解,畫出方向圖。（2）平方律相位偏移（見喇叭天線）平方律相位偏移（見喇叭天線）ROx0BAOBAMNxa222222ooAOBOxM12221111.2!2111,22mm mxMNRxRRxmxxxRRxRaRx xx圖中： 為柱面波的發(fā)射中心（線源投影）則等相位面是以通過 點(diǎn)的軸線為中心的圓柱面，以表示，則設(shè)處的相位為零，在離口徑中心線距離為 處點(diǎn)的相位當(dāng)時(shí)出現(xiàn)最2mm244aRRaxx大相位偏移，222mm242xxxLaaxxx平方率的相位分布圖633和634分別計(jì)算了角錐喇叭的通用

13、E面和H面方向圖，圖中的參數(shù)s、t反映了喇叭口徑的E、H面的相位偏移的嚴(yán)重程度。s、t越大，相位偏移越嚴(yán)重，方向圖上零點(diǎn)消失，主瓣變寬，甚至=0方向不再是最大輻射方向，呈現(xiàn)出馬鞍形狀態(tài)，而這是不希望看到的。 為了獲得較好的方向圖，工程上通常規(guī)定E面允許的最大相差為H面允許的最大相差為由于H面的口徑場為余弦分布，邊緣場幅小，所以mH可大于mE。22,26.3.3423,36.3.444hmEhEEhmHhHHbbLLaaLL喇叭天線的方向系數(shù)也可以根據(jù)式（628）數(shù)值計(jì)算出。圖635和636分別計(jì)算了E面和H面喇叭的方向系數(shù)。從圖中可以看出，在喇叭長度一定的條件下，起初增大口徑尺寸可以增大口徑面

14、積，進(jìn)而增大了方向系數(shù)，但是當(dāng)口徑尺寸增大到超過某定值后，繼續(xù)再增大口徑尺寸，方向系數(shù)反而減小。這表明扇形喇叭存在著最佳喇叭尺寸(LE,bhopt)(LH,ahopt)，對于此尺寸，可以得到最大的方向系數(shù)。26.3.536.3.6hoptEhoptHbLaL120100806040206101520305075LE 100aDEbh / 0510152025301501005000510152025306101520305075LH 100ah / bDHE面喇叭方向系數(shù)H面喇叭方向系數(shù)滿足最佳尺寸（最大相差尺寸）的喇叭稱為最佳喇叭。此時(shí)最佳E面扇形喇叭其H面主瓣寬度仍然如表621所示，E面主

15、瓣寬度為0.520.946.3.7Ehradb最佳H面扇形喇叭的H面主瓣寬度為1.18a0.521.366.3.8Hhrada其E面主瓣寬度也仍然如表621所示，0.89rada最佳扇形喇叭的面積利用系數(shù)=0.64，所以其方向系數(shù)為240.646.3.9HEDDS角錐喇叭的最佳尺寸就是其E面扇形和H面扇形都取最佳尺寸，其面積利用系數(shù)=0.51，其方向系數(shù)為 240.516.3.10HEDDS設(shè)計(jì)喇叭天線時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工作帶寬，選擇合適的波導(dǎo)尺寸。如果給定了方向系數(shù)，則應(yīng)根據(jù)方向系數(shù)曲線，將喇叭天線設(shè)計(jì)成最佳喇叭。對于角錐喇叭，還必須做到喇叭與波導(dǎo)在頸部的尺寸配合。由圖637知，必須使RE=RH

16、=R，于是由幾何關(guān)系可得若所選擇的喇叭尺寸不滿足上式，則應(yīng)加以調(diào)整。11HhEhbLbaLaRhLhahabbhRELE圖637 角錐喇叭的尺寸 6.3.2 圓錐喇叭 如圖638所示，圓錐喇叭（Conical Horn）一般用圓波導(dǎo)饋電，描述圓錐喇叭的尺寸有口徑直徑dm、喇叭長度L。圓錐喇叭的口徑場的振幅分布與圓波導(dǎo)中的TE11相同，但是相位按平方律沿半徑方向變化。盡管分析方法與矩形喇叭相似，但數(shù)學(xué)過程比較復(fù)雜，這里只介紹其基本特性。 圖638 圓錐喇叭尺寸 圖639計(jì)算了不同軸向長度圓錐喇叭的方向系數(shù)與口徑直徑的關(guān)系。從圖中可以看出，圓錐喇叭仍然存在著最佳尺寸。最佳圓錐喇叭的主瓣寬度與方向系

17、數(shù)可以由以下公式近似計(jì)算：圖639 圓錐喇叭的方向系數(shù)0.50.522()1.222()1.056.3.120.5()HmEmmraddradddD6.3.3 饋源喇叭 對于普通喇叭天線，由于口徑場的不對稱性，因此其兩主平面的方向圖也不對稱，兩主平面的相位中心也不重合，因而不適宜做旋轉(zhuǎn)對稱型反射面天線的饋源。通常要針對反射面天線對饋源的特殊要求，如輻射方向圖、頻帶寬、等化好、低交叉極化、寬頻帶內(nèi)低駐波比等，對喇叭天線進(jìn)行改進(jìn)，從而提出了高效率饋源的概念。這其中常用的就是多模喇叭以及波紋喇叭。1. 多模喇叭（多模喇叭（Multimode Horn） 主模喇叭主模喇叭E面的主瓣寬度比面的主瓣寬度比

18、H面窄，面窄，E面的副瓣高，面的副瓣高，E面的相位特性和面的相位特性和H面的相位特性又很不相同。因此用主模面的相位特性又很不相同。因此用主模喇叭作為反射面天線的饋源，使天線的效率提高受到限喇叭作為反射面天線的饋源，使天線的效率提高受到限制。為了提高天線口徑的面積利用系數(shù)，就必須設(shè)法給制。為了提高天線口徑的面積利用系數(shù)，就必須設(shè)法給主反射器提供等幅同相且軸向?qū)ΨQ的方向圖，即所謂的主反射器提供等幅同相且軸向?qū)ΨQ的方向圖，即所謂的等化方向圖。多模喇叭就是應(yīng)此要求而設(shè)計(jì)的，它利用等化方向圖。多模喇叭就是應(yīng)此要求而設(shè)計(jì)的，它利用不連續(xù)截面激勵(lì)起的數(shù)個(gè)幅度及相位來配置適當(dāng)?shù)母叽尾贿B續(xù)截面激勵(lì)起的數(shù)個(gè)幅度及

19、相位來配置適當(dāng)?shù)母叽文＃估瓤趶矫嫔虾铣傻哪＃估瓤趶矫嫔虾铣傻腅面及面及H面的相位特性基本相面的相位特性基本相同，從而獲得等化和低副瓣的方向圖，使之成為反射面同，從而獲得等化和低副瓣的方向圖，使之成為反射面天線的高效率饋源。天線的高效率饋源。 多模喇叭可以由圓錐喇叭和角錐喇叭演變而成，但一多模喇叭可以由圓錐喇叭和角錐喇叭演變而成，但一般都采用圓錐喇叭，利用錐角和半徑的變化以產(chǎn)生所需般都采用圓錐喇叭，利用錐角和半徑的變化以產(chǎn)生所需要的高次模。要的高次模。圖6310和圖6311所示的為雙模圓錐喇叭的結(jié)構(gòu)和工作特性，它是在圓錐喇叭的頸部加入了一個(gè)不連續(xù)段，除了激勵(lì)主模TE11外還激勵(lì)了高次模T

20、M11。適當(dāng)調(diào)整不連續(xù)段的長度和直徑，就可以控制TE11和TM11兩種模式之間的幅度比及相位關(guān)系，在喇叭口徑上得到較為均勻的口徑場分布。AB圖6310 雙模圓錐喇叭TE11TM11TE11 TM11圖6311 雙模圓錐喇叭的口徑場 圖6312顯示了一個(gè)二次變錐角的多模喇叭，盡管它利用了不連續(xù)的截面激勵(lì)多個(gè)高次模，可是當(dāng)錐角很小，例如(0.050.1)時(shí)，仍然可以忽略不連續(xù)處的反射，此時(shí)，不連續(xù)處的反射系數(shù)在1%2%以下。a0AABB12bC2D2aCDL3L2L1LL1( b a0)cot1L3( a b)cot2一個(gè)工作于6GHz微波中繼通信系統(tǒng)的二次變錐角多模喇叭的實(shí)際數(shù)據(jù)為：2a0=54

21、mm，L1=155.3mm，L2=197.2mm，L3=177.5mm，L=560mm，2b=120mm，2a=175mm，1=12，2=848。 利用變錐角模轉(zhuǎn)換理論，可以由選定的幾何尺寸求解出各不連續(xù)截面所產(chǎn)生的各高次模的幅度以及傳播至喇叭口面上的相位差，最后由喇叭口面上的所有模式之和求出喇叭天線的方向圖。經(jīng)驗(yàn)表明，如果在喇叭口面處綜合得到則方向圖在-20dB范圍內(nèi)可望幅、相等化。如果在喇叭口面處綜合得到0450901112111104509011121111(0.4 0.5),(0 0.2)(0.5 0.6),(0.5 0.6)oooojjjjTMTMeeTETETMTMeeTETE則方

22、向圖在-14dB范圍內(nèi)可望幅、相等化。如果在喇叭口面處綜合得到04509011121111(0.4 0.5),(0 0.2)oojjTMTMeeTETE則方向圖在-10dB范圍內(nèi)可望幅、相等化。2.波紋喇叭（Corrugated Horn） 自從1966年A.J.Simons、A.F.Kay以及R.E.Lawrie、L.Peters提出波紋喇叭以來，這種饋源已在測控、通信、射電望遠(yuǎn)鏡以及衛(wèi)星接收天線等系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，波紋喇叭的理論與實(shí)踐已日趨完善。波紋喇叭的結(jié)構(gòu)如圖6313所示。在喇叭的內(nèi)壁上對稱地開有一系列/4深的溝槽，它們對縱向傳播的表面電流呈現(xiàn)出很大的阻抗。與幾何尺寸

23、相同的光壁喇叭比較，這些縱向的表面?zhèn)鲗?dǎo)電流將大大減弱，由全電流連續(xù)性定理，則不可避免地使法向位移電流減弱，從而使喇叭口徑上邊壁附近的電場法向分量減弱，即使得E面場分布也變?yōu)橛煽趶街行南蜻吘壪陆担罱K使E面方向圖與H面方向圖對稱3.混合模介質(zhì)加載圓錐喇叭（Dielectric Hybridmode Conical Horn） 多模喇叭由于其主模和高次模的傳播速度不一樣，因而頻帶特性較差，不宜在頻譜復(fù)用體制中使用。波紋喇叭盡管具有優(yōu)良的輻射特性，且頻帶很寬，然而加工復(fù)雜、昂貴、重量較重，特別在毫米波頻段或更高的頻段，其加工更為困難。因此需要一種具有和波紋喇叭一樣的優(yōu)良性能，但加工簡單、成本低、重量

24、輕的新型高效率饋源。混合模介質(zhì)加載圓錐喇叭就是一種非常有前途的饋源，其剖面結(jié)構(gòu)如圖6314所示。它由填充兩層介質(zhì)的金屬壁圓錐喇叭組成，且內(nèi)層中心介質(zhì)的介電常數(shù)大于外層介質(zhì)的介電常數(shù)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，純TE模和純TM模均不能滿足邊界條件（零階模TE0n和TM0n除外），只有TE+TM的混合模才能滿足邊界條件。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該喇叭可以支持HE11平衡混合模，且具有和波紋喇叭類似的口徑場分布和遠(yuǎn)場輻射特性。但是和波紋喇叭相比，其分析和設(shè)計(jì)簡單，加工容易，重量輕和成本低，在毫米波以及以上的頻段應(yīng)用中優(yōu)勢將更為明顯。其缺點(diǎn)是功率容量小，因此需要研制新型的低損耗、耐高溫的材料。6.4 旋轉(zhuǎn)拋物面天線

25、旋轉(zhuǎn)拋物面天線 旋轉(zhuǎn)拋物面天線是在通信、旋轉(zhuǎn)拋物面天線是在通信、 雷達(dá)和射電天文等系統(tǒng)中廣雷達(dá)和射電天文等系統(tǒng)中廣泛使用的一種天線泛使用的一種天線, 它是由兩部分組成的它是由兩部分組成的, 其一是拋物線繞其其一是拋物線繞其焦軸旋轉(zhuǎn)而成的拋物反射面焦軸旋轉(zhuǎn)而成的拋物反射面, 反射面一般采用導(dǎo)電性能良好的反射面一般采用導(dǎo)電性能良好的金屬或在其它材料上敷以金屬層制成的導(dǎo)體表面或?qū)Ь€柵格金屬或在其它材料上敷以金屬層制成的導(dǎo)體表面或?qū)Ь€柵格網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)構(gòu)成; 其二是置于拋物面焦點(diǎn)處的具有弱方向性的饋源（也其二是置于拋物面焦點(diǎn)處的具有弱方向性的饋源（也稱照射器）稱照射器）,它可以是單個(gè)振子或振子陣，單喇叭或多

26、喇叭，它可以是單個(gè)振子或振子陣，單喇叭或多喇叭，開槽天線等。利用拋物面的幾何特性，拋物面天線可以把方開槽天線等。利用拋物面的幾何特性，拋物面天線可以把方向性較弱的初級輻射器的輻射反射為方向性較強(qiáng)的輻射向性較弱的初級輻射器的輻射反射為方向性較強(qiáng)的輻射(手電手電筒筒)。饋源把高頻導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變成電磁波能量并投向拋物反射。饋源把高頻導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變成電磁波能量并投向拋物反射面面, 而拋物反射面將饋源投射過來的球面波沿拋物面的軸向反而拋物反射面將饋源投射過來的球面波沿拋物面的軸向反射出去射出去, 從而獲得很強(qiáng)的方向性。從而獲得很強(qiáng)的方向性。 64旋轉(zhuǎn)拋物面天線旋轉(zhuǎn)拋物面天線（1）旋轉(zhuǎn)拋物面天線結(jié)構(gòu)）旋轉(zhuǎn)拋物

27、面天線結(jié)構(gòu)（2）口徑場分布）口徑場分布（3）遠(yuǎn)區(qū)場）遠(yuǎn)區(qū)場（4）口徑天線電參數(shù)）口徑天線電參數(shù)由6-2-20 and6-2-21 積分得到E面和H面的輻射場旋轉(zhuǎn)拋物天線柱形拋物面天線切割拋物天線拋物線（拋物線（POM）：焦點(diǎn)）：焦點(diǎn)F，準(zhǔn)線，準(zhǔn)線MP，二者相距，二者相距2f（焦（焦距），拋物線上任意動點(diǎn)到準(zhǔn)距），拋物線上任意動點(diǎn)到準(zhǔn)線和焦點(diǎn)的距離相等。坐標(biāo)原線和焦點(diǎn)的距離相等。坐標(biāo)原點(diǎn)取在點(diǎn)取在F點(diǎn)到準(zhǔn)線距離的中點(diǎn)。點(diǎn)到準(zhǔn)線距離的中點(diǎn)。為拋物線上任一點(diǎn)為拋物線上任一點(diǎn)M到焦點(diǎn)的到焦點(diǎn)的連線與焦軸連線與焦軸(Oz)之間的夾角；之間的夾角；為點(diǎn)為點(diǎn)M與焦點(diǎn)與焦點(diǎn)F之間的距離。之間的距離。22( ,

28、 )4(6.4.2)2( ,)sec(6.4.1)1cos2M y zyfzfMf 動點(diǎn)的直角坐標(biāo)系拋物線方程：動點(diǎn)的極坐標(biāo)系拋物線方程：焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)性質(zhì)性質(zhì)1：如用：如用FM代表代表F到拋物線上任意一點(diǎn)到拋物線上任意一點(diǎn)M的連線，的連線，MM代表代表通過通過M點(diǎn)的一條平行于點(diǎn)的一條平行于z軸的直線，則軸的直線，則FM和和MM與拋物線的法線與拋物線的法線MN之間的夾角相等。性質(zhì)之間的夾角相等。性質(zhì)2：FMMM和和FPPP分別代表分別代表由焦點(diǎn)由焦點(diǎn)F經(jīng)拋物面任意兩點(diǎn)反射后到達(dá)口徑面經(jīng)拋物面任意兩點(diǎn)反射后到達(dá)口徑面MP的距離（口的距離（口徑面是垂直與徑面是垂直與z軸的平面）。軸的平面）。FMM

29、MM”M= P”P= FPPP常數(shù)常數(shù)6.4.1 幾何特性與工作原理幾何特性與工作原理FyOzffMPN,M MPP n000:z22fRDR0拋 物 面 焦 距： 從 焦 點(diǎn) 到 反 射 面 任 意 一 條 射 線 距 離： 從 焦 點(diǎn) 到 反 射 面 任 意 一 條 射 線 與 焦 軸 （ ） 夾 角： 從 焦 點(diǎn) 到 反 射 面 邊 緣 點(diǎn) 的 距 離： 拋 物 面 張 角： 拋 物 面 反 射 面 的 口 徑 半 徑=： 拋 物 面 反 射 面 的 口 徑 直 徑02DRyO0zF0f0222sec(6.4.1)1 cos2ff224(6.4.3)yxfz01cot42fD一條拋物線繞

30、其焦軸一條拋物線繞其焦軸(Oz)旋轉(zhuǎn)所旋轉(zhuǎn)所得的曲面就是旋轉(zhuǎn)拋物面。旋轉(zhuǎn)得的曲面就是旋轉(zhuǎn)拋物面。旋轉(zhuǎn)拋物面所滿足的直角坐標(biāo)方程為拋物面所滿足的直角坐標(biāo)方程為02DRyO0zF0f0201cot6.4.842fD2000000000002sec(6.4.1)1 cos221 cos(1 cos)sin6.4.72sintan21 cos2fffRRfRf焦距口徑比焦距口徑比000:z22fRDR0拋物面焦距：從焦點(diǎn)到反射面任意一條射線距離：從焦點(diǎn)到反射面任意一條射線與焦軸（ ）夾角：從焦點(diǎn)到反射面邊緣點(diǎn)的距離：拋物面張角：拋物面反射面的口徑半徑=：拋物面反射面的口徑直徑焦距口徑比f/D是一個(gè)重要

31、的參數(shù)。從增益出發(fā)確定口徑D以后，如再選定f/D，則拋物面的形狀就可以確定了。根據(jù)式（648），再求出饋源需要照射的角度20，也就給定了設(shè)計(jì)饋源的基本出發(fā)點(diǎn)。性質(zhì)性質(zhì)1：如用：如用FM代表代表F到拋物線上任意一到拋物線上任意一點(diǎn)點(diǎn)M的連線，的連線，MM代表通過代表通過M點(diǎn)的一點(diǎn)的一條平行于條平行于z軸的直線，則軸的直線，則FM和和MM與與拋物線的法線拋物線的法線MN之間的夾角相等。性質(zhì)之間的夾角相等。性質(zhì)2：FMMM和和FPPP分別代表由分別代表由焦點(diǎn)焦點(diǎn)F經(jīng)拋物面任意兩點(diǎn)反射后到達(dá)口徑經(jīng)拋物面任意兩點(diǎn)反射后到達(dá)口徑面面MP的距離。的距離。FMMMM”M= P”P= FPPP常數(shù)常數(shù)6.4.1

32、 幾何特性與工作原理幾何特性與工作原理yOzffMPN,M MPP nF 旋轉(zhuǎn)拋物面天線具有以下兩個(gè)重要性質(zhì)： （1）點(diǎn)F發(fā)出的光線經(jīng)拋物面反射后，所有的反射線都與拋物面軸線平行，即（2）由F點(diǎn)發(fā)出的球面波經(jīng)拋物面反射后成為平面波。等相面是垂直O(jiān)F的任一平面。即/2FMNNMMMMOF FMMFPP 以上兩個(gè)光學(xué)性質(zhì)是拋物面天線工作的基礎(chǔ)。如果饋源是理想的點(diǎn)源，拋物面尺寸無限大，則饋源輻射的球面波經(jīng)拋物面反射后，將成為理想的平面波。考慮到一些實(shí)際情況，如反射面尺寸有限，口徑邊緣的繞射和相位畸變，盡管饋源的輻射經(jīng)拋物面反射以后不是理想的平面波，但是反射以后的方向性也會大大加強(qiáng)。F0OF0OF0O

33、02(1)長焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑的外面：02(2)中焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑上：02(3)短焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑內(nèi)部： 根據(jù)拋物面張角的大小，拋物面的形狀分為如圖643所示的三種。一般而言，長焦距拋物面天線電特性較好，但天線的縱向尺寸太長，使機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜。分析方法分析方法 通常采用兩種方法通常采用兩種方法: 口徑場法口徑場法根據(jù)上節(jié)提及的惠更斯原理根據(jù)上節(jié)提及的惠更斯原理, 拋物面天線拋物面天線的輻射場可以用包圍源的任意封閉曲面（的輻射場可以用包圍源的任意封閉曲面（S+S）上各次級波源）上各次級波源產(chǎn)生的輻射場的疊加。對于具體的拋物面天線產(chǎn)生的輻射場的疊加。對于具體的拋物面天線, S為拋物面

34、的為拋物面的外表面外表面, S為拋物面的開口徑。為拋物面的開口徑。 這樣這樣, 在在S上的場為零上的場為零, 在口徑在口徑S上各點(diǎn)場的相位相同。所以只要求出口徑面上的場分布上各點(diǎn)場的相位相同。所以只要求出口徑面上的場分布, 就可就可以利用上節(jié)的圓口徑同相場的輻射公式來計(jì)算天線的輻射場。以利用上節(jié)的圓口徑同相場的輻射公式來計(jì)算天線的輻射場。 面電流法面電流法先求出饋源所輻射的電磁場在反射面上激先求出饋源所輻射的電磁場在反射面上激勵(lì)的面電流密度分布勵(lì)的面電流密度分布, 然后由面電流密度分布再求拋物面天線然后由面電流密度分布再求拋物面天線的輻射場。的輻射場。 6.4.2 拋物面天線的口徑場分布口徑場

35、法原理圖初級輻射源1S2SiVoV6.4.2 拋物面天線的口徑場分布 拋物面天線的分析設(shè)計(jì)有一套成熟的方法,基本上采用幾何光學(xué)和物理光學(xué)導(dǎo)出口徑面上的場分布，然后依據(jù)口徑場分布，求出輻射場。由于拋物面天線是電大尺寸,用這種方法計(jì)算是合理的。計(jì)算口徑場分布時(shí), 要依據(jù)兩個(gè)基本定律幾何光學(xué)反射定律和能量守恒定律, 而且必須滿足如下假定: 饋源輻射理想的球面波, 即它有一個(gè)確定的相位中心并與拋物面的焦點(diǎn)重合; 饋源的后向輻射為零; 拋物面的焦距遠(yuǎn)大于一個(gè)波長，因此反射面處于饋源遠(yuǎn)區(qū)，且對饋源的影響忽略； 服從幾何光學(xué)的反射定律（f時(shí)滿足）。 02DRyOzFM，,MRR0 根據(jù)拋物面的幾何特性，口徑

36、場是一同相口徑面。設(shè)饋源的總輻射功率為Pr，方向系數(shù)為Df(,）則拋物面上M點(diǎn)的場強(qiáng)為:maxmax6060|( , )|;( , )|( , )|( , )|( , )|rrPDPDEEFEFrEr ；max60( , )( , ) 84 10rifPDEF 饋源輻射電場電磁波照射到理想導(dǎo)體表面發(fā)生全反射,反射波振幅與入射波振幅相等，并且由M點(diǎn)反射后的電磁波是平面波，平面波不擴(kuò)散（平面波在無耗介質(zhì)中傳播時(shí),振幅不發(fā)生衰減，電磁波的振幅不隨傳播距離的變化而變化），因而至口徑上M場強(qiáng)的模值為60( , )( , )( , ) 8.4.10rfsifPDE REF 帶入拋物面方程60( , )(1

37、 cos)( , ) 8.4.112rfsfPDE RFf 2(8.4.1)1 cosf8.4.11式為拋物面天線口徑場振幅分布的表示式，可以看出：口徑場的振幅分布是的函數(shù)。02DRyOzFM，,MRR002DryOF0M r,Mrxryx zR五個(gè)坐標(biāo)系五個(gè)坐標(biāo)系zz0z000()260(R, )( , )60(R, )( , )2sec1 cos260(60(R, )1 cosR, )1 cos( , )2( ,2rfjk zzjkrfjkz zrfjrfkz zPDEPDFeePDEFeffPDEFEFfef 口徑場的振幅分布是 的函數(shù)，是非均勻分布的因而由因而由M點(diǎn)反射至口徑上點(diǎn)反射至

38、口徑上M的場強(qiáng)為的場強(qiáng)為(1)電磁波照射到理想導(dǎo)體表面發(fā)生全反射電磁波照射到理想導(dǎo)體表面發(fā)生全反射,反射波振幅與入射波振幅相等反射波振幅與入射波振幅相等(2)平面波在無耗介質(zhì)中傳播時(shí)平面波在無耗介質(zhì)中傳播時(shí),振幅不發(fā)生衰減振幅不發(fā)生衰減60( , )(1 cos)( , ) 8.4.112rfsfPDE RFf 000000000000000060( , )(1cos)( , ) 8.4.112601cos(, )1cos()2(, )20,0601cos0(0 , )(0 , )21cos()20lg20lg(, )20lg21MrfsfrfrfP DE RFfP DFE RfFEP DFf

39、E RFEF 口徑邊緣與中心的相對場強(qiáng)：，=，衰減的分貝數(shù)：=任意一點(diǎn)處的場強(qiáng)值與0001cos()( , )20,01cos()20lg20lg( , )20lg2E RFEE RFE 中心點(diǎn)處的場強(qiáng)值比，=，衰減的分貝數(shù)：=6.4.11式為拋物面天線口徑場振幅分布的表示式，可以看出：口徑場的振幅分布是的函數(shù)。 F(,)一般隨增大而下降 ， 值小于1，因此口徑場在中心處為最大值，且口徑場隨著R的增加而減小（衰減）。01 cos201 cos()20lg20lg( , )20lg2E RFE ，=6.4.11式為拋物面天線口徑場振幅分布的表示式，可以看出：口徑場的振幅分布是的函數(shù)。 F(,)一

40、般隨增大而下降 ， 值小于1，因此口徑場在中心處為最大值，且口徑場隨著R的增加而減小（衰減）。口經(jīng)常衰減由兩個(gè)方面原因：(第一項(xiàng))由于饋源方向圖一般隨增大而下降，是由于饋源天線的方向性引起的衰減. (第二項(xiàng))空間衰減因子是由于入射到拋物面的邊緣的射線長于入射到中心的射線，導(dǎo)致邊緣場擴(kuò)散，使得邊緣場較中心場強(qiáng)下降。 因此拋物面口徑場沿徑向的減弱程度超過饋源方向圖的衰減程度，即下降得更快。這種情況，在短焦距拋物面天線中更為突出。01 cos2000000SA1 cos1 cos(R)lg20lg(, )lglg221 cosSAlg2EFE0饋源是理想點(diǎn)源天線的條件下,定義空間衰減因子:衰減的分貝

41、數(shù)：，202020201S2S理想點(diǎn)源天線在不同方向上單位立體角在拋物面上理想點(diǎn)源天線在不同方向上單位立體角在拋物面上的面積不同，從而引起口徑場由中心向邊緣的衰減。的面積不同，從而引起口徑場由中心向邊緣的衰減。電場強(qiáng)度與傳播距離成反比電場強(qiáng)度與傳播距離成反比S中心S邊緣0000022202002001 cos1 cos(R)lg20lg(, )lglg221 cos2221 cos10lglg2EFEfSfSASfSA0中心邊緣，20202020理想點(diǎn)源天線在不同方向上單位立體角在拋物面上理想點(diǎn)源天線在不同方向上單位立體角在拋物面上的面積不同，從而引起口徑場由中心向邊緣的衰減的面積不同，從而引

42、起口徑場由中心向邊緣的衰減21 cos10lglg2fSA更為一般的表達(dá)式:20S中心S邊緣2(8.4.1)1 cosf短焦距場的極化 口徑場的極化情況決定于饋源類型與口徑場的極化情況決定于饋源類型與拋物面的形狀、尺寸。一般口徑場有拋物面的形狀、尺寸。一般口徑場有兩個(gè)垂直極化分量。如圖所示兩個(gè)垂直極化分量。如圖所示,如果饋如果饋源的極化為源的極化為y方向極化，則口徑場的方向極化，則口徑場的極化可為極化可為x和和y兩個(gè)極化方向。通常在兩個(gè)極化方向。通常在長焦距情況下，口徑場長焦距情況下，口徑場Ey分量遠(yuǎn)大分量遠(yuǎn)大Ex分量，分量， Ey為主極化分量，而為主極化分量，而Ex為交為交叉極化分量。叉極化

43、分量。如果是短焦距拋物面天線，口徑上還會出現(xiàn)反向場區(qū)域，它們將在最大輻射方向起抵消主場的作用，這些區(qū)域稱為有害區(qū)，因此一般不宜采用短焦距拋物面。若因某種特殊原因必須采用短焦距拋物面天線，則最好切去有害區(qū)(切割拋物面天線)。如果饋源方向圖具有理想的軸對稱，則口徑場無交叉極化分量。長焦距場的極化由于對稱的關(guān)系，交叉極化分量Ex，在兩個(gè)主平面內(nèi)的貢獻(xiàn)為零，而在其它平面內(nèi)，交義極化的影響必須考慮，6.4.3 拋物面天線的輻射場拋物面天線的輻射場 求出了拋物面天線的口徑場分布以后，就可以利用圓形同相口徑求出了拋物面天線的口徑場分布以后，就可以利用圓形同相口徑輻射場積分表達(dá)式來計(jì)算拋物面天線輻射場積分表達(dá)

44、式來計(jì)算拋物面天線E、H面的輻射場和方向圖。面的輻射場和方向圖。口徑上的坐標(biāo)關(guān)系為：口徑上的坐標(biāo)關(guān)系為：222sinsin2tan1 cos2sec22tansin2sincos6.4.14ssfRfdRfdddsRdRdfd dd dxRyR 2sin sin0002sincos000(1cos )6.2.202(1cos )6.2.212ssssjkrajkEsssjkrajkHssseEEjEdedreEEjEdedr02DRyOFMMR0z22sec(6.4.1)1 cos2ff將6.4.14入式（6.2.20）和（6.2.21）得E面、H面的輻射場為02sinsin000sincos

45、2tan()sincos2200(1cos )6.2.20260(1cos )( , )260(1cos )( , )2tan22( , )tan2ssjkrajkEsssjkrrfjkRESjkrj kfrfSeEEjEdedrP DeEjFeRdRdrP DejFefddrCF 2tan()sincos26.4.15j kfedda 02DRyOFMMR0z22sinsin2tan1 cos2sec22tan2sincos6.4.14ssfRfdRfdddsRdRdfd dxRyR 02sin cos000sin sin22tan()sin sin200(1 cos )6.2.21260(

46、1 cos )( , )2( , )tan()6.4.15260(1 cos )22ssjkrajkHsssjkrrfjkRHSj kfjkrrfeEEjEdedrPDeEjFeRdRdrCFed dbPDeCjfr 故E面、H面的方向函數(shù)為 0022tan()sin cos20022tan()sin sin200(1 cos )( , )tan()6.4.1622(1 cos )( , )tan()22j kfEj kfHFFed dFFed d 圖647 饋源為帶圓盤反射器的偶極子的拋物面天線方向圖 (a)H面 (b)E面如果饋源為沿y軸放置的帶圓盤反射器的偶極子，圖6.4.7計(jì)算了這種饋

47、源的旋轉(zhuǎn)拋物面天線在不同 條件下兩主平面方向圖。從圖中可以看出，由于饋源在E面方向性較強(qiáng)，對拋物面E面的照射不如H面均勻，故拋物面天線的H面方向性反而強(qiáng)于E面方向性。口徑越大，則方向性越強(qiáng)。P163 特性3當(dāng)口徑電尺寸一定時(shí)，口徑場分布越均勻，其面積利用系數(shù)越大，方向系數(shù)越大，但是副瓣電平越高偶極子圓盤反射器0Rf6.4.4拋物面天線的方向系數(shù)和增益系數(shù)拋物面天線的方向系數(shù)和增益系數(shù)拋物面天線的方向系數(shù)仍然由式（6.2.9）即: 來計(jì)算。其中，為面積利用系數(shù)； 為拋物面的口徑面積。超高頻天線中，由于天線本身的損耗很小，可以認(rèn)為天線效率1，所以GD，但在拋物面天線中，天線口徑截獲的功率Prs只是

48、饋源所輻射的總功率Pr的一部分，還有一部分漏失功率。對于張角為0旋轉(zhuǎn)拋物面來說定義漏失效率（截獲效率）avAavsSSSSrsrdPPd饋源天線的方向性越強(qiáng)（越不均勻），截獲效率越高24D=6.2.9 Sv22446.4.18 AAAGDDSvSggv為增益因子24DS222004tan2SRf面積利用系數(shù)面積利用系數(shù)22 ssE dsSEdS面積利用系數(shù)：面積利用系數(shù)反映了口徑場分布的均勻程度，口徑場分布越均勻，值越大，當(dāng)口徑面均勻分布時(shí)=1，方向系數(shù)越大；饋源天線的方向性越強(qiáng)（越不均勻），截獲效率越高；而此時(shí)口徑場的分布也會越加不均勻，口徑場分布不均勻?qū)е旅娣e利用系數(shù)下降；因此增益因子存在

49、一個(gè)最佳值。246.4.18 AGSggv為增益因子A 如果饋源方向性也是旋轉(zhuǎn)對稱的，其歸一化方向函數(shù)為F()，下面將分別計(jì)算截獲效率與面積利用系數(shù)2222002222221( , )( );4tan;sec(6.4.1)21cos2cos2606060( , )( , )cos( , )cos( , ) 6.4.1022tan2( , )cos( ) 6.4.102tan222rfrfrfmmmfFFSRfffP DP DP DE RFFEFEffE REFdsRdRdfddf 對于軸對稱的饋源：00222222222222022220222222006.4.14cos2tan2cos( )

50、22cos2 tan24tan cos( ) 222cos222( )tan24tan22cos( )tan222( )tan2mssmmmddEFfddE dsSEdSfEFfddEfFdfEfFdFd 面積利用系數(shù)：000000222000202222200000( )tan( )tan222cot12( )sintancos( )sintan( )sin22222FdFdFdFdFd 022222av00A222avs2r6060( , )( , )( ) 6.4.1060( )sinsinSS22SS60sin( )2s2rfrfrfsrssrrfPDPDE RFFPDFrErd dr

51、d ddPEPdPDrd dFrr 求：饋源的輻射功率與拋物面的截獲功率時(shí)，選擇包圍饋源的半徑為的球面02002200A2200in( ) sin( ) sinrsrd dFdPPFd 02DRyOFMMR0z在多數(shù)情況下，饋源的方向函數(shù)近似地表示為下列形式：/2( )cos 026.4.22( )0 2nFF式中，n越大，則表示饋源方向圖越窄，反之則越寬。/222AA2cos0( )04Gg 6.4.18 nFnvvS饋源單位立體角內(nèi)的方向性函數(shù)： 越大，主瓣越窄，口徑場分布越不均勻，面積利用效率 越小，截獲效率 越大，增益因子：g 兩個(gè)因素都要考慮存在一個(gè)最大值面積利用系數(shù)反映了口徑場分布

52、的均勻程度，口徑場分布越均勻，面積利用系數(shù)（口徑效率）值越大；饋源天線的方向性越強(qiáng)（越不均勻），截獲效率越高；因此為了獲得最大增益，必須在二者之間尋求折中，使得二者的乘積最大6.4.9計(jì)算了拋物面天線的面積利用系數(shù)、效率及增益因子隨口徑張角的變化曲計(jì)算了拋物面天線的面積利用系數(shù)、效率及增益因子隨口徑張角的變化曲線。從圖中可以看出，由于面積利用系數(shù)、效率與口徑張角之間的變化關(guān)系恰線。從圖中可以看出，由于面積利用系數(shù)、效率與口徑張角之間的變化關(guān)系恰好相反，所以存在著最佳張角，使得增益因子對應(yīng)著最大值好相反，所以存在著最佳張角，使得增益因子對應(yīng)著最大值gmax0.83。盡管最。盡管最佳張角與饋源方向

53、性有關(guān)，但是和此最佳張角對應(yīng)的口徑邊緣的場強(qiáng)都比中心佳張角與饋源方向性有關(guān)，但是和此最佳張角對應(yīng)的口徑邊緣的場強(qiáng)都比中心場強(qiáng)低場強(qiáng)低1011dB。因此可以得到如下結(jié)論：不論饋源方向如何，當(dāng)口徑邊緣電平。因此可以得到如下結(jié)論：不論饋源方向如何，當(dāng)口徑邊緣電平比中心低比中心低11dB時(shí)，拋物面天線的增益因子最大。考慮到實(shí)際的安裝誤差、饋源時(shí)，拋物面天線的增益因子最大。考慮到實(shí)際的安裝誤差、饋源的旁瓣的旁瓣,以及支架的遮擋等因素，增益因子比理想值要小，通常取以及支架的遮擋等因素，增益因子比理想值要小，通常取g0.50.6;使用使用高效率饋源時(shí)，高效率饋源時(shí)，g可達(dá)可達(dá)0.70.8。拋物面天線的面積利

54、用系數(shù)、效率及 增益因子隨口徑張角的計(jì)算曲線2244D=6.4.18 Svg實(shí)際工作中，拋物面天線的半功率波瓣寬度和副瓣電平可按下列公式近似計(jì)算:0.52(70 75 )6.4.2316 196.4.242SLLdBR6.4.5 拋物面天線的饋源拋物面天線的饋源 饋源饋源(Feeds)是拋物面天線的基本組成部分，它的電性能和結(jié)構(gòu)是拋物面天線的基本組成部分，它的電性能和結(jié)構(gòu)對天線有很大的影響。為了保證天線性能良好，對饋源有以下基本對天線有很大的影響。為了保證天線性能良好，對饋源有以下基本要求：要求： （1）饋源應(yīng)有確定的相位中心，并且此相位中心置于拋物面的）饋源應(yīng)有確定的相位中心，并且此相位中心

55、置于拋物面的焦點(diǎn)，以使口徑上得到等相位分布。焦點(diǎn)，以使口徑上得到等相位分布。 （2）饋源方向圖的形狀應(yīng)盡量符合最佳照射，同時(shí)副瓣和后瓣）饋源方向圖的形狀應(yīng)盡量符合最佳照射，同時(shí)副瓣和后瓣盡量小，因?yàn)樗鼈儠沟锰炀€的增益下降，副瓣電平抬高。盡量小，因?yàn)樗鼈儠沟锰炀€的增益下降，副瓣電平抬高。 （3）饋源應(yīng)有較小的體積，以減少其對拋物面的口面的遮擋。）饋源應(yīng)有較小的體積，以減少其對拋物面的口面的遮擋。 （4）饋源應(yīng)具有一定的帶寬，因?yàn)閽佄锩嫣炀€的帶寬主要取決）饋源應(yīng)具有一定的帶寬，因?yàn)閽佄锩嫣炀€的帶寬主要取決于饋源的帶寬。于饋源的帶寬。 饋源的形式很多，所有弱方向性天線都可作拋物面天線的饋饋源的形

56、式很多，所有弱方向性天線都可作拋物面天線的饋源。例如振子天線、喇叭天線、對數(shù)周期天線、螺旋天線等等。饋源。例如振子天線、喇叭天線、對數(shù)周期天線、螺旋天線等等。饋源的設(shè)計(jì)是拋物面天線設(shè)計(jì)的核心問題。現(xiàn)在的通信體制多樣化，源的設(shè)計(jì)是拋物面天線設(shè)計(jì)的核心問題。現(xiàn)在的通信體制多樣化，所以對饋源的要求也不盡相同，例如超寬頻帶、雙極化以及雙波束所以對饋源的要求也不盡相同，例如超寬頻帶、雙極化以及雙波束等等等等,高效率的饋源勢必會有效地提高拋物面天線的整體性能。高效率的饋源勢必會有效地提高拋物面天線的整體性能。6.4.6 拋物面天線的偏焦及應(yīng)用拋物面天線的偏焦及應(yīng)用 由于安裝等工程或設(shè)計(jì)上的原因，饋源的相位

57、中心不與拋物面由于安裝等工程或設(shè)計(jì)上的原因，饋源的相位中心不與拋物面的焦點(diǎn)重合，這種現(xiàn)象稱為偏焦。對普通拋物面天線而言，偏焦的焦點(diǎn)重合，這種現(xiàn)象稱為偏焦。對普通拋物面天線而言，偏焦會使得天線的電性能下降。但是偏焦也有可利用之處。偏焦分為會使得天線的電性能下降。但是偏焦也有可利用之處。偏焦分為兩種：饋源的相位中心沿拋物面的軸線偏焦，稱為縱向偏焦；饋兩種：饋源的相位中心沿拋物面的軸線偏焦，稱為縱向偏焦；饋源的相位中心垂直于拋物面的軸線偏焦，稱為橫向偏焦。縱向偏源的相位中心垂直于拋物面的軸線偏焦，稱為橫向偏焦。縱向偏焦使得拋物面口徑上發(fā)生旋轉(zhuǎn)對稱的相位偏移，方向圖主瓣變寬，焦使得拋物面口徑上發(fā)生旋轉(zhuǎn)

58、對稱的相位偏移，方向圖主瓣變寬，但是最大輻射方向不變，有利于搜索目標(biāo)。正焦時(shí)方向圖主瓣窄，但是最大輻射方向不變，有利于搜索目標(biāo)。正焦時(shí)方向圖主瓣窄，有利于跟蹤目標(biāo)。這樣一部雷達(dá)可以同時(shí)兼作搜索與跟蹤兩種用有利于跟蹤目標(biāo)。這樣一部雷達(dá)可以同時(shí)兼作搜索與跟蹤兩種用途。而當(dāng)小尺寸橫向偏焦時(shí)，拋物面口徑上發(fā)生直線率相位偏移，途。而當(dāng)小尺寸橫向偏焦時(shí)，拋物面口徑上發(fā)生直線率相位偏移，天線的最大輻射方向偏轉(zhuǎn)，但波束形狀幾乎不變。如果饋源以橫天線的最大輻射方向偏轉(zhuǎn)，但波束形狀幾乎不變。如果饋源以橫向偏焦的方式繞拋物面的軸線旋轉(zhuǎn)，則天線的最大輻射方向就會向偏焦的方式繞拋物面的軸線旋轉(zhuǎn)，則天線的最大輻射方向就會

59、在空間產(chǎn)生圓錐式掃描，擴(kuò)大了搜索空間。在空間產(chǎn)生圓錐式掃描，擴(kuò)大了搜索空間。MF橫向偏焦MF縱向偏焦最大輻射方向產(chǎn)生多波束雙曲線的定義雙曲線的定義:平面內(nèi)與兩定點(diǎn)平面內(nèi)與兩定點(diǎn)O1（F1），），O2（F2）的距離的差的絕對值等于常數(shù)）的距離的差的絕對值等于常數(shù)2a(小于小于O1與與O2之間的距離之間的距離) 的點(diǎn)的軌跡叫的點(diǎn)的軌跡叫做雙曲線。做雙曲線。 O1，O2稱為焦點(diǎn)。稱為焦點(diǎn)。12222O PO Pacacea兩焦點(diǎn)之間的距離為兩頂點(diǎn)之間的距離為離心率：2222211cosxybabae直角坐標(biāo)系方程：；極坐標(biāo)系方程： =性質(zhì)1：雙曲線上任意一點(diǎn)P的切線平分該點(diǎn)到兩焦點(diǎn)連線的內(nèi)角，法線平

60、分外角性質(zhì)2：點(diǎn)源由實(shí)焦點(diǎn)向另一半雙曲線投射，不同點(diǎn)的反射線向反方向延長時(shí)，都相交于虛焦點(diǎn)上。 （對于右葉曲線2來說O2為實(shí)焦點(diǎn)，O1為虛焦點(diǎn)）右葉雙曲線繞軸旋轉(zhuǎn)一周形成旋轉(zhuǎn)雙曲面，作為卡塞格倫天線的副反射面。饋源置于實(shí)焦點(diǎn)處，虛焦點(diǎn)與主反射面的焦點(diǎn)重合。 11O F 22O F12Oyx nP可用幾何光學(xué)原理說明卡塞格倫天線的工作原理。饋源輻射的任意一條射線投射到雙曲面上的P點(diǎn)，反射遵循反射定律，反射角等于入射角，根據(jù)雙曲線的性質(zhì)，反射線沿FP的延長線方向，猶如從虛焦點(diǎn)發(fā)出。射線再經(jīng)主反射面(旋轉(zhuǎn)拋物面)的反射變?yōu)榕c軸線平行的射線。又根據(jù)雙曲線的定義，從實(shí)焦點(diǎn)經(jīng)副反射面和主反射面到口徑的路徑