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1、面天线通常用于微波、毫米波波段。天线的辐射结构是一个面面天线通常用于微波、毫米波波段。天线的辐射结构是一个面(平面或曲面平面或曲面)，其上的辐射源是电流或电磁场其上的辐射源是电流或电磁场。天线通常由两部分组成：。天线通常由两部分组成：一是初级源例如抛物一是初级源例如抛物面天线的喇叭馈源；一是形成方向性的部件面天线的喇叭馈源；一是形成方向性的部件，例如抛蜘面反射器。天线辐射口径，例如抛蜘面反射器。天线辐射口径可以有各种形状，诸如矩形、圆形和椭圆形等，应用最广泛的是矩形和圆形口径。可以有各种形状，诸如矩形、圆形和椭圆形等，应用最广泛的是矩形和圆形口径。高增益面天线的结构比较简，便于制造。高增益面天
2、线的结构比较简，便于制造。一、基本原理及公式一、基本原理及公式面天线的基本问题是确定它的辐射电磁场。但是辐射场与所研究天线附近的场面天线的基本问题是确定它的辐射电磁场。但是辐射场与所研究天线附近的场有关，有关，面天线理论不仅限于求解辐射场面天线理论不仅限于求解辐射场(天线外部的场天线外部的场)，还应该确定由初级该源产，还应该确定由初级该源产生的天线附近的场生的天线附近的场(天线内部的场天线内部的场)。第1页/共77页一、基本原理及公式一、基本原理及公式1 1、麦克斯韦方程、麦克斯韦方程第2页/共77页一、基本原理及公式一、基本原理及公式1 1、麦克斯韦方程、麦克斯韦方程2 2、辅助源法、辅助源
3、法第3页/共77页2 2、辅助源法、辅助源法洛仑兹辅助定理洛仑兹辅助定理3 3、等效原理、等效原理在某一区域内产生电磁场的实际场可以用一个能在同一区域内产生相同在某一区域内产生电磁场的实际场可以用一个能在同一区域内产生相同电磁场的等效场源代替，这就是所谓等效原理。等效原理的根据是电磁场唯电磁场的等效场源代替，这就是所谓等效原理。等效原理的根据是电磁场唯一性定理。一性定理。第4页/共77页面天线通常由金属面面天线通常由金属面S S1 1和初级辐射源组成。设包围天线的封闭曲面由金属面的和初级辐射源组成。设包围天线的封闭曲面由金属面的外表面外表面S S1 1以及金属面的口径面以及金属面的口径面S S
4、2 2共同组成，由于共同组成，由于S S1 1为导体的外表面，其上的场为为导体的外表面，其上的场为零，于是面天线的辐射问题就转化为口径面零，于是面天线的辐射问题就转化为口径面S S2 2的辐射。由于口径面上存在着口径的辐射。由于口径面上存在着口径场场E ES S和和H HS S，根据惠更斯原理将口径面，根据惠更斯原理将口径面S S2 2分割成许多面元，这些面元称为惠更斯元分割成许多面元，这些面元称为惠更斯元或二次辐射源。或二次辐射源。3 3、等效原理、等效原理第5页/共77页 由由所所有有惠惠更更斯斯元元的的辐辐射射之之和和即即得得到到整整个个口口径径面面的的辐辐射射场场。为为方方便便计计算算
5、，口口径径面面S S2 2通通常常取取为为平平面面。当当由由口口径径场场求求解解辐辐射射场场时时，每每一一个个面面元元的的次次级级辐辐射射可可用用等等效效电电流流元元与与等等效效磁磁流流元元来来代代替替，口口径径场场的的辐辐射射场场就就是是由由所所有有等等效效电电流流元元（等等效效电电基基本本振振子子）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。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。3 3、等效原理、等效原理第6页/共77页3 3、等效原理、等效原理 如如同同电电基基本本振振子子和和磁磁基基本本振振子子是是分分析析线线天天线线的
6、的基基本本辐辐射射单单元元一一样样，惠惠更更斯斯元元是是分分析析面面天天线线辐辐射射问问题题的的基基本本辐辐射射元元。设设平平面面口口径径面面（xOyxOy面面）上上的的一一个个惠惠更更斯斯元元ds=dds=dx xd dy ye en n，其其上上有有着着均均匀匀的的切切向向电电场场E Ey y和和切切向向磁磁场场H Hx x，根根据据等等效效原原理理，此面元上的等效线电流密度为此面元上的等效线电流密度为第7页/共77页3 3、等效原理、等效原理 而此面元上的等效面磁流密度为而此面元上的等效面磁流密度为惠惠更更斯斯元元的的辐辐射射即即为为此此相相互互正正交交放放置置的的等等效效电电基基本本振
7、振子子和和等等效效磁磁基基本本振子的辐射场之和。振子的辐射场之和。第8页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场 在在研研究究天天线线的的方方向向性性时时，通通常常更更关关注注两两个个主主平平面面的的情情况况，所所以以只只讨讨论论面面元元在在两个主平面的辐射。两个主平面的辐射。E E平面（平面（y yOzOz平面）面内，电基本振子产生的辐射场为平面）面内，电基本振子产生的辐射场为第9页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第10页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第11页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第12页/共77页 在在研研究究天天线线的的
8、方方向向性性时时，通通常常更更关关注注两两个个主主平平面面的的情情况况，所所以以只只讨讨论论面面元元在在两个主平面的辐射。两个主平面的辐射。H H平面（平面（x xOzOz平面）面内，电基本振子产生的辐射场为平面）面内，电基本振子产生的辐射场为4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第13页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第14页/共77页4 4、惠更斯源辐射场、惠更斯源辐射场第15页/共77页二、平面口径辐射二、平面口径辐射 设设有有一一任任意意形形状状的的平平面面口口径径位位于于x xOOy y平平面面内内，口口径径面面积积为为S S，其其上上的的口口径径场场仍仍为为E Ey
9、 y，因因此此该该平平面面口口径径辐辐射射场场的的极极化化与与惠惠更更斯斯元元的的极极化化相相同同。坐坐标标原原点点至至远远区区观观察察点点M(M(r,r,)的的距距离离为为r r，面面元元ds(ds(x xs s,y ys s)到到观观察察点点的的距距离离为为R R，将将惠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 第16页/共77页二、平面口径辐射二、平面口径辐射第17页/共77页二、平面口径辐射二、平面口径辐射当观察点很远时，可认为当观察点很远时，可认为R R与与r r近似平行，近似平行，R R可表示
10、为可表示为对于对于E E平面（平面（y yOzOz平面），平面），R R r r-y ys ssinsin，辐射场为，辐射场为 对于对于H H平面（平面（x xOzOz平面），平面），=0=0，R R r r-x xs ssinsin，辐射场为，辐射场为第18页/共77页二、平面口径辐射二、平面口径辐射n同相平面口径辐射同相平面口径辐射1 1、矩形同相平面口径辐射、矩形同相平面口径辐射确定天线口径面上场分布！确定天线口径面上场分布！第19页/共77页 当口径场当口径场E Ey y为均匀分布时，为均匀分布时，E Ey y=E E0 0，如果引入，如果引入第20页/共77页第21页/共77页 当口
11、径场当口径场E Ey y为余弦分布时，例如为余弦分布时，例如T T1010波激励的矩形波导口径场：波激励的矩形波导口径场：第22页/共77页矩形口径的主平面方向图矩形口径的主平面方向图(a a=2,=2,b b=3)=3)(a)(a)E E平面极坐标方向图；平面极坐标方向图；(b)(b)两主平面直角坐标方向图两主平面直角坐标方向图 第23页/共77页第24页/共77页第25页/共77页n同相平面口径辐射同相平面口径辐射2 2、圆形同相平面口径辐射、圆形同相平面口径辐射第26页/共77页第27页/共77页第28页/共77页第29页/共77页三、相位偏移对辐射场的影响三、相位偏移对辐射场的影响 直
12、直线线律律相相位位偏偏移移相相当当于于一一平平面面波波倾倾斜斜投投射射到到平平面面口口径径上上，平平方方律律相相位位偏偏移移相相当当于于球球面面波波或或柱柱面面波波的的投投射射。从从计计算算结结果果可可以以分分析析出出，直直线线律律相相位位偏偏移移带带来来了了最最大大辐辐射射方方向向的的偏偏移移，可可以以利利用用此此特特点点产产生生电电扫扫描描效效应应。平平方方律律相相位位偏偏移移带带来来了了零零点点模模糊糊、主主瓣瓣展展宽宽、主主瓣瓣分分裂裂以以及及方方向向系系数数下下降降，在在天天线线设设计计中应力求避免。中应力求避免。第30页/共77页直线律相位偏移的矩形口径方向图直线律相位偏移的矩形口
13、径方向图 第31页/共77页平方律相位偏移的矩形口径方向图平方律相位偏移的矩形口径方向图 第32页/共77页立方律相位偏移的矩形口径方向图立方律相位偏移的矩形口径方向图 第33页/共77页四、常见的几种平面天线四、常见的几种平面天线1 1、喇叭天线、喇叭天线 喇喇叭叭天天线线是是最最广广泛泛使使用用的的微微波波天天线线之之一一。喇喇叭叭天天线线除除了了大大量量用用作作反反射射面面天天线线的的馈馈源源以以外外，也也是是相相控控阵阵天天线线的的常常用用单单元元天天线线，还还可可以以用用做做对对其其它它高高增增益益天天线线进进行行校校准准和和增增益益测测试试的的通通用用标标准准。它它的的优优点点是是
14、具具有有结结构构简简单单、馈馈电电简简便便、频频带带较宽、功率容量大和高增益的整体性能。较宽、功率容量大和高增益的整体性能。喇叭天线由逐渐张开的波导构成，逐渐张开的过渡段保证波导与空间的良好喇叭天线由逐渐张开的波导构成，逐渐张开的过渡段保证波导与空间的良好匹配，可以获得较大的口径尺寸，以加强辐射的方向性。喇叭天线根据口径的形匹配，可以获得较大的口径尺寸，以加强辐射的方向性。喇叭天线根据口径的形状可分为矩形喇叭天线和圆形喇叭天线等，图状可分为矩形喇叭天线和圆形喇叭天线等，图(a a)保持了矩形波导的窄边尺寸不保持了矩形波导的窄边尺寸不变，逐渐展开宽边而得到变，逐渐展开宽边而得到H H面扇形喇叭；
15、图面扇形喇叭；图(b b)保持了矩形波导的宽边尺寸不变，保持了矩形波导的宽边尺寸不变，逐渐展开窄边而得到逐渐展开窄边而得到E E面扇形喇叭；面扇形喇叭；(a a)H H面喇叭；面喇叭；(b b)E E面喇叭面喇叭(c)(c)角锥喇叭；角锥喇叭；(d)(d)圆锥喇叭圆锥喇叭 第34页/共77页矩形喇叭天线的口径场与方向图矩形喇叭天线的口径场与方向图喇叭天线可以作为口径天线来处理，喇叭天线可以作为口径天线来处理，L LE E、L LHH分别为分别为E E面和面和H H面面长度长度;a a、b b为波导的宽边和窄边尺寸为波导的宽边和窄边尺寸;a ah h、b bh h为相应的口径尺寸。为相应的口径尺
16、寸。L LE E L LHH时，为楔形角锥喇叭；当时，为楔形角锥喇叭；当L LE E=L LHH时，为尖顶角锥喇叭；时，为尖顶角锥喇叭；当当a ah h=a a或或L LHH=时，为时，为E E面喇叭；当面喇叭；当b bh h=b b或或L LE E=时，为时，为H H面喇面喇叭。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭结构波导的叭。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭结构波导的相应截面的导波场来决定。相应截面的导波场来决定。1 1、喇叭天线、喇叭天线第35页/共77页喇叭天线可以作为口径天线来处理，喇叭天线可以作为口径天线来处理，L LE E、L LHH分别为分别为E E面和面和H H面
17、面长度长度;a a、b b为波导的宽边和窄边尺寸为波导的宽边和窄边尺寸;a ah h、b bh h为相应的口径尺寸。为相应的口径尺寸。L LE E L LHH时，为楔形角锥喇叭；当时，为楔形角锥喇叭；当L LE E=L LHH时，为尖顶角锥喇叭；时，为尖顶角锥喇叭；当当a ah h=a a或或L LHH=时，为时，为E E面喇叭；当面喇叭；当b bh h=b b或或L LE E=时，为时，为H H面喇面喇叭。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭结构波导的叭。喇叭天线的口径场可近似地由矩形波导至喇叭结构波导的相应截面的导波场来决定。相应截面的导波场来决定。第36页/共77页 在在忽忽略略波波
18、导导连连接接处处及及喇喇叭叭口口径径处处的的反反射射及及假假设设矩矩形形波波导导内内只只传传输输T TE E1010模模式式的的条条件件下下，喇喇叭叭内内场场结结构构可可以以近近似似看看作作与与波波导导的的内内场场结结构构相相同同，只只是是因因为为喇喇叭叭是是逐逐渐渐张张开开的的，所所以以扇扇形形喇喇叭叭内内传传输输的的为为柱柱面面波波，尖尖顶顶角角锥锥喇喇叭叭内内传传输输的的近近似似为为球球面面波波;因因此此在在一一级级近近似似的的条条件件下下，喇喇叭叭口口径径上上场场的的相相位位分分布布为为平平方方律律，角角锥锥喇喇叭叭口口径径场为场为第37页/共77页 有了口径场的表达式，就可以分别计算
19、角锥喇叭的有了口径场的表达式，就可以分别计算角锥喇叭的E E面和面和H H面的辐面的辐射场。尽管写出其解析表达式比较困难，但是却可以依靠计算软件求射场。尽管写出其解析表达式比较困难，但是却可以依靠计算软件求出数值解。出数值解。第38页/共77页E E面喇叭和角锥喇叭的通用面喇叭和角锥喇叭的通用E E面方向图面方向图 第39页/共77页s s反映了喇叭口径的反映了喇叭口径的E E面的相位偏移的严重程度。面的相位偏移的严重程度。s s越大，相位偏越大，相位偏移越严重，方向图上零点消失，主瓣变宽，甚至移越严重，方向图上零点消失，主瓣变宽，甚至=0=0方向不方向不再是最大辐射方向。再是最大辐射方向。第
20、40页/共77页 为了获得较好的方向图，工程上通常规定为了获得较好的方向图，工程上通常规定E E面允许的最大相差为面允许的最大相差为H H面允许的最大相差为面允许的最大相差为 由于由于H H面的口径场为余弦分布，边缘场幅小，所以面的口径场为余弦分布，边缘场幅小，所以 mmHH可大于可大于 mmE E。第41页/共77页第42页/共77页E E面方向系数面方向系数第43页/共77页H H面方向系数面方向系数第44页/共77页可以看出，在喇叭长度一定的条件下，起初增大口径尺寸可以增大口径面积，可以看出，在喇叭长度一定的条件下，起初增大口径尺寸可以增大口径面积，进而增大了方向系数，但是当口径尺寸增大
21、到超过某定值后，继续再增大口径尺寸，进而增大了方向系数，但是当口径尺寸增大到超过某定值后，继续再增大口径尺寸，方向系数反而减小。这表明扇形喇叭存在着最佳喇叭尺寸方向系数反而减小。这表明扇形喇叭存在着最佳喇叭尺寸(L LE E,b bhopthopt)()(L LHH,a ahopthopt)，对于，对于此尺寸，可以得到最大的方向系数。实际上，最佳尺寸即为此尺寸，可以得到最大的方向系数。实际上，最佳尺寸即为E E面和面和H H面分别允许的最面分别允许的最大相差尺寸。大相差尺寸。满足最佳尺寸的喇叭称为最佳喇叭。此时最佳满足最佳尺寸的喇叭称为最佳喇叭。此时最佳E E面扇形喇叭面扇形喇叭的的E E面主
22、瓣宽度为面主瓣宽度为其其H H面主瓣宽度仍然如表示为面主瓣宽度仍然如表示为第45页/共77页 满足最佳尺寸的喇叭称为最佳喇叭。此时最佳满足最佳尺寸的喇叭称为最佳喇叭。此时最佳E E面扇形喇叭面扇形喇叭的的E E面主瓣宽度为面主瓣宽度为其其H H面主瓣宽度仍然如表示为面主瓣宽度仍然如表示为最佳最佳H H面扇形喇叭的面扇形喇叭的H H面主瓣宽度为面主瓣宽度为 E E面主瓣宽度也仍然表所示为面主瓣宽度也仍然表所示为第46页/共77页 设设计计喇喇叭叭天天线线时时，首首先先应应根根据据工工作作带带宽宽，选选择择合合适适的的波波导导尺尺寸寸。如如果果给给定定了了方方向系数，则应根据方向系数曲线，将喇叭天
23、线设计成最佳喇叭。向系数，则应根据方向系数曲线，将喇叭天线设计成最佳喇叭。对对于于角角锥锥喇喇叭叭，还还必必须须做做到到喇喇叭叭与与波波导导在在颈颈部部的的尺尺寸寸配配合合。必必须须使使R RE E=R RHH=R R，于是由几何关系可得于是由几何关系可得第47页/共77页喇叭设计尺寸和预计增益 第48页/共77页第49页/共77页2 2、旋转抛物面天线、旋转抛物面天线 旋旋转转抛抛物物面面天天线线是是应应用用最最广广泛泛的的天天线线之之一一,它它由由馈馈源源和和反反射射面面组组成成。天天线线的的反反射射面面由由形形状状为为旋旋转转抛抛物物面面的的导导体体表表面面或或导导线线栅栅格格网网构构成
24、成，馈馈源源是是放放置置在在抛抛物物面面焦焦点点上上的的具具有有弱弱方方向向性性的的初初级级照照射射器器，它它可可以以是是单单个个振振子子或或振振子子阵阵，单单喇喇叭叭或或多多喇喇叭叭，开开槽槽天天线线等等。利利用用抛抛物物面面的的几几何何特特性性，抛抛物物面面天天线线可可以以把把方方向向性性较较弱弱的的初初级级辐辐射射器器的的辐射反射为方向性较强的辐射。辐射反射为方向性较强的辐射。第50页/共77页第51页/共77页2 2、旋转抛物面天线、旋转抛物面天线（1 1）、几何特性及工作原理）、几何特性及工作原理 f f为为抛抛物物线线的的焦焦距距；为为抛抛物物线线上上任任一一点点MM到到焦焦点点的
25、的连连线线与与焦焦轴轴(O(Oz z)之之间间的的夹夹角角；为为点点MM与与焦焦点点F F之之间间的的距距离离。一一条条抛抛物物线线绕绕其其焦焦轴轴(O(Oz z)旋旋转转所所得得的的曲曲面面就就是是旋旋转转抛抛物物面面。旋旋转转抛物面所满足的直角坐标方程为抛物面所满足的直角坐标方程为x x2 2+y y2 2=4=4fzfz第52页/共77页 旋转抛物面天线具有以下两个重要性质：旋转抛物面天线具有以下两个重要性质：（1 1）点）点F F发出的光线经抛物面反射后，所有的反射线都与抛物面轴线平行，即发出的光线经抛物面反射后，所有的反射线都与抛物面轴线平行，即 （2 2）由由F F点点发发出出的的
26、球球面面波波经经抛抛物物面面反反射射后后成成为为平平面面波波。等等相相面面是是垂垂直直OFOF的的任任一一平平面。即面。即第53页/共77页 以以上上两两个个光光学学性性质质是是抛抛物物面面天天线线工工作作的的基基础础。如如果果馈馈源源是是理理想想的的点点源源，抛抛物物面面尺尺寸寸无无限限大大，则则馈馈源源辐辐射射的的球球面面波波经经抛抛物物面面反反射射后后，将将成成为为理理想想的的平平面面波波。考考虑虑到到一一些些实实际际情情况况，如如反反射射面面尺尺寸寸有有限限，口口径径边边缘缘的的绕绕射射和和相相位位畸畸变变，尽尽管管馈馈源源的的辐辐射射经经抛抛物物面反射以后不是理想的平面波，但是反射以
27、后的方向性也会大大加强。面反射以后不是理想的平面波，但是反射以后的方向性也会大大加强。第54页/共77页抛物面天线常用的结构参数有：抛物面天线常用的结构参数有：f f：抛物面焦距；：抛物面焦距；2 20 0：抛物面口径张角；：抛物面口径张角；R R0 0：抛物面反射面的口径半径；：抛物面反射面的口径半径；D D：抛物面反射面的口径直径：抛物面反射面的口径直径,D D=2=2R R0 0。第55页/共77页 抛抛物物面面的的形形状状分分为为三三种种。一一般般而而言言，长长焦焦距距抛抛物物面面天天线线电电特特性性较较好好，但但天天线线的的纵纵向向尺尺寸寸太太长长，使使机机械械机机构构复复杂杂。焦焦
28、距距口口径径比比f f/D D是是一一个个重重要要的的参参数数。从从增增益益出出发发确确定定口口径径D D以以后后，如如再再选选定定f f/D D，则则抛抛物物面面的的形形状状就就可可以以确确定定了了。再再求求出出馈馈源源需需要要照射的角度照射的角度2 20 0，也就给定了设计馈源的基本出发点。，也就给定了设计馈源的基本出发点。第56页/共77页（2 2）、抛物面天线的口径场）、抛物面天线的口径场 抛抛物物面面的的分分析析设设计计有有一一套套成成熟熟的的方方法法,基基本本上上采采用用几几何何光光学学和和物物理理光光学学导导出出口口径径面面上上的的场场分分布布，然然后后依依据据口口径径场场分分布
29、布，求求出出辐辐射射场场。由由于于抛抛物物面面是是电电大大尺尺寸寸,用用这这种种方法计算是合理的。方法计算是合理的。利用几何光学法计算口径面上场分布时作如下假定：利用几何光学法计算口径面上场分布时作如下假定：（1 1）馈源的相位中心置于抛物面的焦点上，且辐射球面波；）馈源的相位中心置于抛物面的焦点上，且辐射球面波；（2 2）抛抛物物面面的的焦焦距距远远大大于于一一个个波波长长，因因此此反反射射面面处处于于馈馈源源远远区区，且且对对馈馈源源的的影影响响忽略；忽略；（3 3）服从几何光学的反射定律（）服从几何光学的反射定律（f f时满足）。时满足）。第57页/共77页 根根据据抛抛物物面面的的几几
30、何何特特性性，口口径径场场是是一一同同相相口口径径面面，设设馈馈源源的的总总辐辐射射功功率率为为P Pr r，方向系数为，方向系数为D Df f(,),)，则抛物面上，则抛物面上MM点的场强为点的场强为第58页/共77页 因而由因而由MM点反射至口径上点反射至口径上MM 的场强为（平面波不扩散）的场强为（平面波不扩散）第59页/共77页 此此式式即即为为抛抛物物面面天天线线口口径径场场振振幅幅分分布布的的表表示示式式，可可以以看看出出：口口径径场场的的振振幅分布是幅分布是的函数。口径边缘与中心的相对场强为的函数。口径边缘与中心的相对场强为 其衰减的分贝数为其衰减的分贝数为 第60页/共77页
31、由由于于馈馈源源方方向向图图F F(,),)一一般般随随增增大大而而下下降降，而而式式中中 空空间间衰衰减减因因子子又又表表示示仅仅仅仅由由于于入入射射到到抛抛物物面面边边缘缘的的射射线线长长于于入入射射到到中中心心的的射射线线，也也会会导导致致边边缘缘场场扩扩散散，使使得得边边缘缘场场较较中中心心场场强强下下降降，因因此此抛抛物物面面口口径径场场沿沿径径向向的的减减弱弱程程度度超超过过馈馈源源的方向图，即下降得更快。这种情况，在短焦距抛物面天线中更为突出。的方向图，即下降得更快。这种情况，在短焦距抛物面天线中更为突出。第61页/共77页（3 3）、抛物面天线的辐射场）、抛物面天线的辐射场第6
32、2页/共77页第63页/共77页第64页/共77页第65页/共77页（4 4）、抛物面天线馈源）、抛物面天线馈源 馈馈源源是是抛抛物物面面天天线线的的基基本本组组成成部部分分，它它的的电电性性能能和和结结构构对对天天线线有有很很大大的的影影响响。为为了保证天线性能良好，对馈源有以下基本要求：了保证天线性能良好，对馈源有以下基本要求：（1 1）馈馈源源应应有有确确定定的的相相位位中中心心，并并且且此此相相位位中中心心置置于于抛抛物物面面的的焦焦点点，以以使使口口径径上得到等相位分布。上得到等相位分布。（2 2）馈馈源源方方向向图图的的形形状状应应尽尽量量符符合合最最佳佳照照射射，同同时时副副瓣瓣
33、和和后后瓣瓣尽尽量量小小，因因为为它它们会使得天线的增益下降，副瓣电平抬高。们会使得天线的增益下降，副瓣电平抬高。第66页/共77页 （3 3）馈源应有较小的体积，以减少其对抛物面的口面的遮挡。）馈源应有较小的体积，以减少其对抛物面的口面的遮挡。（4 4）馈源应具有一定的带宽，因为抛物面天线的带宽主要取决于馈源的带宽。）馈源应具有一定的带宽，因为抛物面天线的带宽主要取决于馈源的带宽。馈馈源源的的形形式式很很多多，所所有有弱弱方方向向性性天天线线都都可可作作抛抛物物面面天天线线的的馈馈源源。例例如如振振子子天天线线、喇喇叭叭天天线线、对对数数周周期期天天线线、螺螺旋旋天天线线等等等等。馈馈源源的
34、的设设计计是是抛抛物物面面天天线线设设计计的的核核心心问问题题。现现在在的的通通信信体体制制多多样样化化，所所以以对对馈馈源源的的要要求求也也不不尽尽相相同同，例例如如超超宽宽频频带带、双双极极化以及双波束等等化以及双波束等等,高效率的馈源势必会有效地提高抛物面天线的整体性能。高效率的馈源势必会有效地提高抛物面天线的整体性能。第67页/共77页l卡赛格伦天线卡赛格伦天线 卡卡塞塞格格伦伦天天线线是是由由卡卡塞塞格格伦伦光光学学望望远远镜镜发发展展起起来来的的一一种种微微波波天天线线，它它在在单单脉脉冲雷达、卫星通信以及射电天文等领域中得到了广泛的应用。冲雷达、卫星通信以及射电天文等领域中得到了
35、广泛的应用。标标准准的的卡卡塞塞格格伦伦天天线线由由馈馈源源、主主反反射射面面以以及及副副反反射射面面组组成成。主主反反射射面面为为旋旋转转抛抛物物面面MM，副副反反射射面面为为双双曲曲面面N N。主主、副副反反射射面面的的对对称称轴轴重重合合，双双曲曲面面的的实实焦焦点点位于抛物面的顶点附近，馈源置于该位置上，其虚焦点和抛物面的焦点重合。位于抛物面的顶点附近，馈源置于该位置上，其虚焦点和抛物面的焦点重合。第68页/共77页 根根据据双双曲曲线线的的几几何何性性质质，置置于于其其实实焦焦点点F FP P上上的的馈馈源源向向双双曲曲面面辐辐射射球球面面波波，经经双双曲曲面面反反射射后后，所所有有
36、的的反反射射线线的的反反向向延延长长线线汇汇聚聚于于虚虚焦焦点点F F，并并且且反反射射波波的的等等相相位位面面为为以以F F点点为为中中心心的的球球面面。由由于于此此点点重重合合于于抛抛物物面面的的焦焦点点，因因此此对对于于抛抛物物面面而而言言,相相当当于于在在其其焦焦点点处处放放置置了了一一个个等等效效球球面面波波源源，抛抛物物面面的的口口径径仍仍然然为为一一等等相相位位面面。但但是是相相对对于于单单反反射射面面的的抛抛物物面面天天线线而而言言，由由馈馈源源到到口口径径的的路路程程变变长长，因因此此卡卡塞格伦天线等效于焦距变长的抛物面天线。塞格伦天线等效于焦距变长的抛物面天线。第69页/共
37、77页卡塞格伦天线图第70页/共77页 与抛物面天线相比，卡塞格伦天线具有以下的优点：与抛物面天线相比，卡塞格伦天线具有以下的优点：（1 1）以以较较短短的的纵纵向向尺尺寸寸实实现现了了长长焦焦距距抛抛物物面面天天线线的的口口径径场场分分布布，因因而而具具有有高高增增益，锐波束；益，锐波束；（2 2）由于馈源后馈，缩短了馈线长度，减少了由传输线带来的噪声；）由于馈源后馈，缩短了馈线长度，减少了由传输线带来的噪声；（3 3）设计时自由度多，可以灵活地选取主射面、反射面形状，对波束赋形。）设计时自由度多，可以灵活地选取主射面、反射面形状，对波束赋形。卡卡塞塞格格伦伦天天线线存存在在着着如如下下缺缺
38、点点：卡卡塞塞格格伦伦天天线线的的副副反反射射面面的的边边缘缘绕绕射射效效应应较较大大，容易引起主面口径场分布的畸变，副面的遮挡也会使方向图变形。容易引起主面口径场分布的畸变，副面的遮挡也会使方向图变形。第71页/共77页l喇叭抛物面天线喇叭抛物面天线 无无论论抛抛物物面面天天线线还还是是卡卡塞塞格格伦伦天天线线,都都会会有有一一部部分分由由反反射射面面返返回回的的能能量量被被馈馈源源重重新新吸吸收收，这这种种现现象象被被称称为为阴阴影影效效应应。阴阴影影效效应应不不仅仅破破坏坏了了天天线线的的方方向向图图形形状状，降降低低了了增增益益系系数数，加加大大了了副副瓣瓣电电平平，而而且且破破坏坏了
39、了馈馈源源与与传传输输线线的的匹匹配配。尽尽管管可可以以采采用用一一些些措措施施来来加加以以改改善善，但但是是会会由由此此缩缩小小天天线线的的工工作作带带宽宽，很很难难做做到到宽宽频频带带尤尤其其是是多多频频段。段。假假如如能能把把馈馈源源移移出出二二次次场场的的区区域域，则则上上面面所所提提到到的的阴阴影影效效应应也也就就可可以以避避免免了了。喇叭抛物面天线正是基于这种考虑提出的。喇叭抛物面天线正是基于这种考虑提出的。第72页/共77页 喇喇叭叭抛抛物物面面天天线线是是由由角角锥锥喇喇叭叭馈馈源源及及抛抛物物面面的的一一部部分分构构成成的的。馈馈源源喇喇叭叭置置于于抛抛物物面面的的焦焦点点，
40、并并将将喇喇叭叭的的三三个个面面延延伸伸与与抛抛物物面面相相接接，在在抛抛物物面面正正前前方方留留一一个个口，让经由抛物面反射的电波发射出来。口，让经由抛物面反射的电波发射出来。第73页/共77页 喇喇叭叭抛抛物物面面天天线线的的工工作作原原理理与与一一般般抛抛物物面面天天线线的的工工作作原原理理相相同同，即即将将角角锥锥喇喇叭叭辐辐射射的的球球面面波波经经抛抛物物面面反反射射后后变变为为平平面面波波辐辐射射出出去去。可可以以看看出出，喇喇叭叭抛抛物物面面天天线线的的波波导导轴轴x x与与抛抛物物面面的的焦焦轴轴z z垂垂直直，经经抛抛物物面面的的反反射射波波不不再再回回到到喇喇叭叭馈馈源源，从从而而克克服了抛物面天线的前述缺点。服了抛物面天线的前述缺点。第74页/共77页 栅状抛物面天线特点：一、减轻天线的重量；二、减少风的阻力。l高增益栅状抛物面在900兆频段，其增益即可达 G=20 dB特别适用于点对点的通信，一般为直放站的施主天线。第75页/共77页参数指标频率范围824-896(MHz)输入阻抗50()驻波比系数VSWR30(dB)功率容量200(W)极化方式垂直极化第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页