卡塞格伦天线的工作原理
第六章 面天线
s
S b a
z
1 1 kb sin 2 1 2 ka sin 2
(1 cos ) sin 1 FE 2 1 (1 cos ) sin 2 FH 2 2
y ds(xs , ys ) x R r y M(r , , ) x
s
S b a
dEH j
z
1 2 r
(1 cos ) E y e jkr dse
Im I O
4、惠更斯源辐射场
dEE j dEH j
1 2 r 1 2 r
(1 cos ) E y e jkr dse (1 cos ) E y e jkr dse
1 FE ( ) FH ( ) (1 cos ) 2
dse
dEH j
1 2 r
(1 cos ) E y e jkr dse
y ds(xs , ys ) x R r
y
M(r , , ) x
s
S O
z
二、平面口径辐射
当观察点很远时，可认为R与r近似平行，R可表示为
R r s er r xs sin cos ys sin sin
( E y dy )dx 2 r
e jkr ea
4、惠更斯源辐射场
在研究天线的方向性时，通常更关注两个主平面的情况， 所以只讨论面元在两个主平面的辐射。H平面（xOz平面） Il jkr
面内，电基本振子产生的辐射场为 2 r
H j
sin e
I l 1 jkr 60 Il jkr m jkr dse E j dEH j e (1 E E y e sin e sin cos ) j 2 r 2 r r y x H E E 0 Hr I ml1 x 0 jkr jkr r H j j dEe dx E y esin e r dse 2H r 0 J r dE E 2
一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析
一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析作者：黄凯刘海峰来源：《科技创新导报》 2014年第14期黄凯刘海峰(成都理工大学工程技术学院乐山 614000)摘要：基于空间光通信中的卡塞格伦光学天线的重要性，文中介绍了一种典型的卡塞格伦光学天线设计，利用CODE-V软件进行了仿真，并分析了发散角（半角）为2.8263o的点光源在卡塞格伦光学天线中传输的特点。
最后，利用MATLAB软件仿真了发射光束发散角与点光源偏离焦点距离之间的关系图。
关键词：卡塞格伦光学天线主镜次镜中图分类号：TN822 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)05(b)-0057-02光学天线是当代空间光通信发展的重要组成部分，目前国内外已研制出各种光学天线系统[1]。
卡塞格伦光学天线作为光学发射和接收天线，其突出的优点有：(1)口径可以做得较大，不产生色差且可用波段范围较宽[2]；(2)采用非球面镜后，有较大的消像差能力[3]；(3)可以做到收发合一。
本文设计了一种典型卡塞格伦光学天线，并讨论了点光源在其中传输的特点。
1 卡塞格伦光学天线的设计1.1 卡塞格伦光学天线设计的理论推导我们都知道，遮挡比的增加，会使得天线的增益有所下降。
在具体设计光学天线时，应选择合适的遮挡比，在保证系统像差的要求下，尽量降低遮挡比α，但是它不能太小，因为那样将会降低天线增益。
综合分析各种因素，遮挡比取0.2较为合适。
如图1，设主镜的曲线方程为:,次镜曲线方程为：其中d表示两曲线顶点间距，a为双曲线的实轴，b为双曲线的虚轴。
设f为主镜焦距，F1为次镜的左焦点，α为系统的遮挡比，主镜口径为D1，次镜口径为D2。
设天线系统的放大倍数为β，双曲线焦距为2c，θ0为点光源的最大发散角（半角），θ4为发射光束的发散角。
当从次镜左焦点F1发出的光线射到次镜上，经两次反射后，出射光必为平行光。
根据光线传输的反射定律，以及相似三角形原理，可以得到以下方程：线的仿真根据以上理论，本文设计的卡塞格伦光学天线参数是：主镜直径150mm，次镜直径30mm，系统的放大倍数为5倍，系统的遮挡比为0.2，其模型图仿真如图2所示。
卡塞格伦天线的工作原理
标准卡塞格伦天线的组成标准卡塞格伦天线由主反射面、副反射面和馈源组成。
为了获得聚焦特性，主反射面必须是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面，馈源可以是各种形式，但一般用喇叭作馈源，安装在主、副反射面之间，其相位中心应置于旋转双曲面的焦点上，双曲面的安装应使双曲面的虚焦点与抛物面的焦点重合，如图所示。
卡塞格伦天线整个就是一个轴对称结构。
副反射面通常置于喇叭馈源的远区。
如果喇叭辐射的球面波方向图是旋转对称的，侧卡式天线就具有轴对称性能。
卡塞格伦天线的工作原理卡式天线的工作原理与抛物面天线的相似，抛物面天线利用抛物面的反射特性，使得由其焦点处的馈源发出的球面波前，经抛物面反射后转变为在抛物面口径上的平面波前，从而使抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
卡式天线在结构上多了一个双曲面。
天线作发射时，由馈源喇叭发出的球面波首先由双曲面反射，然后再经主反射面(抛物面)反射出去。
根据双曲面和抛物面的性质，由F'发出的任意一条射线到达某一口径面的波程相等，即，则相位中心在F'处的馈源辐射的球面波前，必将在主反射面的口径上变为平面波前，呈现同相场，即S0面为等相位面，使卡式天线具有锐波束、高增益性能。
天线作接收时的过程正好相反，外来平面波前经主、副反射面反射之后，各射线都将汇聚到馈源所在点F'，由喇叭接收。
卡氏天线的优缺点：优点：（1）馈线短（2）空间衰减SA小（3）减小漏溢（4）等效焦距长（3）设计灵活（7个参数）等缺点：（1）副反射面的遮挡大，但对要求G很高的天线来说，主反射面很大的话，这个遮挡相对就小。
（2）造价高。
卡塞格伦天线的几何参数卡式天线的几何参数关系如图所示：双曲面的四个参量：抛物面有三个参量：(1) 双曲面直径(1) 抛物面直径dD(2) 双曲面焦距fc (2) 抛物面焦距f(3) 双曲面半张角ϕ0 (3) 半张角ψ0(4) 双曲面顶点到抛物面焦点距离Lv在这七个参量中，只有四个是独立的，其余三个可根据抛物面和双曲面的几何关系求出。
卡塞格伦天线工作原理
卡塞格伦天线工作原理
卡塞格伦天线工作原理
首先分析双曲面的母线(双曲线)的几何光学特性。
卡塞格伦天线要利用双曲线的两个特性：
(a) 双曲线上任意一点N至两焦点的距离之差等于常数，即；
(b) 双曲线上任意一点N处的切线把N点对两焦点的张角平分。
a为双曲线在N点的法线单位矢量，连接并延长之，得。
设
由性质(b)可得，所以，则，这就说明的延长线就是
反射线。
换言之，由点发出的各射线经双曲面反射后，反射线的延长线都
相交于点，即“汇聚"在焦点上。
由此可见，位于焦点的照射器发出的
球面波，经双曲面反射后，其所有的反射线就象从双曲面的另一个焦点发
射出来的一样。
而又与旋转抛物面的焦点重合，所以由双曲面反射到主反射面上的射线，就象从抛物面的焦点F发射出来的，一样，再经抛物面反射后，这些射线都平行于抛物面的焦轴。
参看图22，
由性质2和抛物面的等光程性可知
(63)
再根据性质1并参看图23，有
(64)
将式(63)、(64)相加，可得
(65)
因此，由照射器在点发出的任意射线经双曲面和抛物面反射后，不仅相互平行，而且到达抛物面口径时所经过的路程相等，即照射器发出的球面波变成了平面波。
在卡塞格伦天线中，照射器和副面的组合就相当于一般抛物面天线中安置在焦点F的馈源，称之为组合馈源。
不同类型的抛物面天线介绍及工作原理
不同类型的抛物面天线介绍及工作原理一、普通抛物面天线普通抛物面天线的结构如图3-1所示。
馈源是一种弱方向性天线，安装在抛物面前方的焦点位置上，故普通抛物面天线又称为前馈天线。
由馈源辐射出来的球面波被抛物面往一个方向(天线轴向)反射，形成尖锐的波束，这种情况与探照灯极为相似。
图 3-1 普通抛物面天线的结构图图 3-2 普通抛物面天线的几何关系图抛物面是由抛物线绕它的轴线(z轴)旋转而成的，如图3-2所示。
在yoz平面上，以F为焦点，O为顶点的抛物线方程为：相应的立体坐标方程为：为了便于分析，也可引入极坐标。
令极坐标系(ρ，ψ) 的原点与焦点F重合，则相应的旋转抛物面的方程可表示为：设D为抛物面口径的直径，为口径对焦点所张的角(简称口径张角)，由上述关系式可导出决定抛物面口径张角的抛物面焦径比：焦径比的大小表征了抛物面的结构特征，f/D越大，口径张角越小，抛物面越浅，加工就容易，但馈源离主反射面越远，天线的抗干扰能力就越差，反之亦然。
抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。
其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。
微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。
如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。
但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。
二、偏馈天线前馈抛物面天线的馈源位于天线的主波束内，因而对所接收的电磁波形成了遮挡，其结果降低了天线的增益，增大了旁瓣。
卫星天线的工作原理及其调试和维护
卫星天线的工作原理及其调试和维护摘要：天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文及电子对抗等各种民用和军用无线电系统不可少的设备之一。
在各种反射面天线中，卡塞格伦天线是在前馈式抛物面天线的广泛应用基础上发展起来的。
对此文章简单介绍了抛物面天线和卡塞格伦天线的工作原理，进而分析了卫星天线的调试、维护和保养方法。
关键词：抛物面天线；卡塞格伦天线；维护和保养自从人类进入信息时代以来，电子通讯技术不断发展。
作为电子通讯的基本工具，天线更是在工程实际中得到广泛的应用。
从地面到太空，从军事领域到民用领域，无处不活跃着天线的身影。
譬如在航天领域内，卫星信号的发射和传送，航天器的通讯等都离不开星载天线的工作。
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
本文对一些常用的天线及其调试和维护作简单介绍。
1 抛物面天线1.1 抛物面天线简介抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F 上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1 和图2 所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。
接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
1.2 抛物面天线工作原理抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z 轴；反之，当平行光线沿z 轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F 点。
卡塞格伦天线参数
卡塞格伦天线参数1.引言1.1 概述卡塞格伦天线是一种常见的天线类型，常用于通信和广播领域。
它由一个主要由许多金属片组成的反射器和一个位于反射器焦点处的辐射器构成。
卡塞格伦天线的设计旨在提供高增益和方向性，以便在传输信号时能够实现较远的覆盖距离。
反射器是卡塞格伦天线中的关键组件之一。
它的作用是将辐射器发出的信号反射并聚焦在特定方向上，从而增强天线的增益。
通常情况下，反射器由大量金属片组成，这些金属片的形状和排列方式会对天线的性能产生重要影响。
与传统的平面反射器天线相比，卡塞格伦天线具有较高的增益和更窄的方向性。
这是由于卡塞格伦天线的反射器具有抛物形状，可以更有效地将信号反射到辐射器上。
此外，卡塞格伦天线还具有较低的侧瓣辐射和较高的前向增益，这使其在抗干扰和长距离传输方面表现出色。
除了反射器，卡塞格伦天线的辐射器也是至关重要的组成部分。
辐射器通常采用馈源、驱动器和辐射元件的组合，用于将电磁信号转化为空间中的电磁波。
辐射器的设计和参数设置对天线的频率响应、极化特性和效能等性能指标有着重要影响。
总的来说，卡塞格伦天线是一种性能优异的天线类型，具有较高的增益、良好的方向性和较低的侧瓣辐射。
它在通信和广播领域中得到广泛应用，能够满足长距离传输和抗干扰等要求。
通过合理的设计和参数设置，卡塞格伦天线可以进一步提高其性能，适应不同的应用场景。
1.2 文章结构文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个部分的内容。
本文共包含三个主要部分，即引言、正文和结论。
引言部分包括三个小节。
首先是概述，通过简要介绍卡塞格伦天线的相关背景和概念，为读者提供背景知识。
其次是文章结构，用于说明本文的组织结构和各个部分的内容。
最后是目的，明确本文的研究目标和意义。
正文部分是本文的主体，分为两个要点，分别是卡塞格伦天线参数要点1和卡塞格伦天线参数要点2。
针对每个要点，文章将深入探讨卡塞格伦天线的相关参数，包括其基本原理、设计方法、特点和应用领域等。
天线原理与设计讲稿第十二章双反射面天线12.1引言为了改善
第十二章双反射面天线12.1 引言为了改善卫星跟踪与通信应用的大型地面微波反射面天线的性能，多采用双反射面天线系统。
我们已经知道，反射面的方向图形状（波束指向、主瓣宽度、副瓣电平）决定于天线口径上的场（或电流）分布。
而口径场分布又由馈源的方向图和反射面的形状确定。
改变反射面的形状，即采用长焦距的反射面来得到较均匀的口径场分布。
但是，焦距变长之后，天线纵向尺寸变大，这不仅使结构上不便，而且馈线变长会增加损耗，对远距离通讯来说增加噪声，降低效率。
另外，要获得低副瓣(如-40dB)，口径场振幅分布还不能是均匀的，应满足一定分布规律。
这由单反射面和一个馈源来调整是困难的。
采用双反射面天线，可方便地控制口径场分布。
既可以使反射面的焦距较短，又可保证得到所需的天线方向图，而且使设计增加了灵活性。
双反射面天线系统的设计起源于卡塞格伦光学望远镜。
这种光学望远镜以其发明人卡塞格伦Cassegrain命名。
这一章主要介绍作为双反射面天线基础的并已普遍采用的标准卡塞格伦天线，介绍其工作原理，结构组成、几何参数、分析方法、增益和效率等。
为了提高增益效率，将简单介绍赋形卡塞格伦天线和高效率馈源相结合的高效卡塞格伦天线。
12.2 卡赛格伦天线的工作原理12.2.1标准卡塞格伦天线的组成一副10m地面站卡塞格伦天线如图12-1所示。
图12-2 10m地面站卡塞格伦天线标准卡塞格伦天线由主反射面、副反射面和馈源组成。
为了获得聚焦特性，主反射面必须是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面，馈源可以是各种形式，但一般用喇叭作馈源，安装在主、副反射面之间，其相位中心应置于旋转双曲面的焦点上，双曲面的安装应使双曲面的虚焦点与抛物面的焦点重合，如图12-2所示。
卡塞格伦天线整个就是一个轴对称结构。
副反射面通常置于喇叭馈源的远区。
如果喇叭辐射的球面波方向图是旋转对称的，侧卡式天线就具有轴对称性能。
12.2.2卡塞格伦天线的工作原理卡式天线的工作原理与抛物面天线的相似，抛物面天线利用抛物面的反射特性，使得由其焦点处的馈源发出的球面波前，径抛物面反射后转变为在抛物面口径上的平面波前，从而使抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
卡塞格伦天线光传输特性研究
Ｓ ｕ ｎ Ｑ ｕ ａ ｎ ｇ ｕ ｏ （ Ｃ Ｌ Ｐ ｔ ｗ ｅ ｎ ｔ ｙ — ｎ ｉ ｎ ｅ ． ６ １ ０ ０ ０ ０ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ Ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ Ｓ Ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｃ ａ ｓ ｅ ｙ Ｇ ｌ ｅ ｎ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｃ ａ ｓ ｅ ｙ Ｇｌ ｅ ｎ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ
工作原理也较为简单 。 但是 ， 卡塞格伦 不能对 口 的提升发挥 了重要 的作用 。 但 目前， 对该项技术 的研究仍是美 国、 但 结构十分简洁 ，
日本和欧洲一些 国家最为先进 ， 我国要达 到空间光通信系统研究 径 面 上 的 波 束 和 功 率 进 行 有 效 的 调 整 。
的国际领先水平还有很长 一断路要走 。 光学天线系统对整个空间
信 息化 时代 的全面到来 ， 使得社会各界对 通信 质量 的要 求越 面 天 线 类 似 ， 因此 与抛 物 面 天 线 相 同 ， 卡 塞 格 伦 天 线 利 用 抛 物 面
来越 高， 目前 国内外光通信 系统研究层 次不断提高 ， 对通信质 量 反 射特 性， 将馈源治愈抛物面焦 点， 直接照射到抛物面 口径上 ， 不
一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析
塞格 伦 光 学天 线的 结 构 、 模型、 优 缺 点 以及
在 空 间通信 中的应 用 ， 分 析 了点 光 源 在卡 塞
格 伦 光 学 天 线 中的 传输 特 点 ， 同时 还讨 论 了
由于点 光 源偏 离焦 点 对 天 线 效率 的 影 响 ， 以及 对 空 间光通 信 中目标 成像 质量 的 影 响 。
的光 学 天线 系统 ［ Ｊ ］ ． 现 代电信科 技 ， ２ ０ ０ ３ ， ３ （ ３ ） ： ２ ４ － ２ ７ ．
【 ２ 】Ｃｈｏ Ｙ Ｍ ， Ｋｏ ｎｇ Ｈ Ｊ ａ ｎ ｄ Ｌ ｅ ｅ Ｓ Ｓ． ０ＰＴＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ［ Ｍ】 ．
Ｂｅ ｌ ｌ ｉ ｎｇｈａ ｍ ， ｌ ９ ９４： ３ ３ －１ ００． ｝ ｌ Ｉ ｍ
时Ｉ 蜊（ 毒 ）
图３ 涡桨６ 发动机转 速变化曲线
５ 结语
该 文 仅 限 于 Ｗ ＤＺ一１ 涡 轮 发 电装 置 起
动涡桨６ 发 动 机 时 的起 动 特 性 分析 ， 实 际 应 用 中， 多应 用地 面 ７ ０ Ｖ电源 或 ２ ４ － ４ ８ Ｖ电
５ ８
科技 创新导报 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
幅 ∞ 常大 ， 比如 成像不 清 晰、 目标 图像变 形等 等 。
卡塞 格 伦 光 学 天 线 的 辐 射 具 有 极 强 的 方 向 性 ， 增 益 因 子 随 着 指 向 角度 因 子 变化 较 为
明显 ， 那 么 光 束 的发 散 将 会 影 响 增 益 因 子
的变 化 ， 从 而影 响 天 线 的 增 益 ， 最 终 影 响 天
倒置卡塞格伦天线抛物面以及馈源的设计
倒置卡塞格伦天线抛物面以及馈源的设计作者：钞春晓来源：《物联网技术》2014年第06期摘要：研究了倒置卡塞格伦天线的抛物面以及馈源，并采用FEKO进行仿真优化，设计了工作在8~9GHz的倒置卡塞格伦天线的抛物面以及馈源，给出了抛物面参数的选择方法以及馈源的尺寸。
关键词：倒置卡塞格伦天线；FEKO；抛物面；馈源中图分类号：TN823文献识别码：A文章编号：2095-1302（2014）06-0062-020引言天线在电视、雷达系统中起着至关重要的作用，随着人造卫星和航空航天技术的新的高精尖科技的发展，人们对跟踪雷达的要求进一步提高，主要体现在跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离和抗干扰能力上。
倒置卡塞格伦天线[1]就是在这种背景下产生的，它采用极化扭转技术实现雷达的快速扫描、精确跟踪，其结构为馈源、抛物面反射器、极化扭转板。
本文将介绍倒置卡塞格伦天线设计中的首要工作，即倒置卡塞格伦天线抛物面的选择以及馈源的设计。
1天线设计原理抛物面天线[2]是以几何光学法为理论基础的一种天线形式。
通过几何光学法的理论基础，我们可以知道如果在抛物面焦点上放置一个点源，经过抛物面反射会得到一组平行的射线束。
所以馈源发射的球面波经过抛物面反射以后，转变成抛物面口径上的平面波前，这使得抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
抛物面天线的几何关系示意图如图1所示，根据抛物面性质可得：OP+PQ=2f=const （1）其中OP=r' ，OQ=r' cosθ'，所以代入式（1）可得：（2）因为抛物面是由抛物线绕其轴旋转而成的，所以抛物面有旋转对称性，表现在球坐标r'，θ'，φ'里就是其特性不存在φ'方向的变化。
在抛物面分析中，需要得出其表面反射点出垂直于此处切线的单位矢量，所以我们先将式（2）改写为：（3）然后对式（3）取梯度得出表面法线再根据几何关系以及直角-球坐标变换公式，进而可以得到抛物面焦距直径比（焦径比）f/d 与半张角θ0之间的关系：（4）2抛物面天线参数的选择抛物面天线主要设计参数[3]为焦径比f/d以及半张角? 0，根据式（3）可知焦径比和半张角只需确定其中一个，另外一个就可以计算出来。
卡塞格伦反射面天线
二、卡塞格伦天线的分析方法
1 q ( ) 1 1 cos 2e 1 e2
则主反射面口径场幅度分 布可表示成 f 2 I ( ) FV (q ) cos ( )FV (q ) r 2 2 (1 ) cos ( ) 2 F (q ) P ( ) F (q ) r r 1 cos
利用抛物面的几何性质： | FP | | PQ | | QM | 2 f
卡塞格伦天线 的等相位面
Q
D 2
M
| F ' P | | PQ | | QM | 2 f 2a
q0
F’ θ
1
P Ψ2 A fc f 13 Ψ Lv F
Ds 2
表示几何关系的七个参量
双曲面直径Ds 双曲面焦距fc=2c 双曲面口径边缘对 焦点F’的半张角q0 双曲面顶点到焦点 F的距离Lv
M tg tg
q0
2
2
二. 卡塞格伦天线的分析方法
等效抛物面法是假定馈源，馈源位臵，以及主 反射面口径尺寸都不变时，用等效的抛物面天线 来代替原来有两次反射的卡塞格伦天线，并使二 者有相同的电性能。
17
二、卡塞格伦天线的分析方法
1.等效抛物面法 | F ' Q ' | r ' | FQ | r
Z
q2 q1 qi qr 2(q1 qi ) 1800
12
一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性
从馈源发出的射线经双曲副反射面反射，再经抛物主反射面反 射后，到达过焦点与对称轴垂直的平面所经过的路程是一常数。 利用双曲线的几何性质： | F ' P | | FP | 2a
卫星天线的介绍
常见卫星电视接收天线介绍摘要：卫星电视接收天线是有线电视前端的重要组成部分之一，本文重点介绍了常见的卫星电视接收天线的类型及优缺点，用图说明了其工作原理。
关键词：卫星电视接收天线类型工作原理优缺点卫星电视接收天线是有线电视前端重要组成部分，主要用于接收电视节目信号，其原理是利用电波的反射原理，将电波集焦后，辐射到馈源上的高频头，然后通过馈线将信号传送到卫星接收机并解码出电视节目。
卫星接收天线形式有多种多样，但最常见的有以下几种：一、正馈（前馈）抛物面卫星天线正馈抛物面卫星接收天线类似于太阳灶，由抛物面反射面和馈源组成。
它的增益和天线口径成正比，主要用于接收C波段的信号。
由于它便于调试，所以广泛的应用于卫星电视接收系统中。
它的馈源位于反射面的前方，故人们又称它为前馈天线（如图1所示）。
正馈抛物面卫星天线的缺点是：1、馈源是背向卫星的，反射面对准卫星时，馈源方向指向地面，会使噪声温度提高。
2、馈源的位置在反射面以上，要用较长的馈线，这也会使噪声温度升高。
3、馈源位于反射面的正前方，它对反射面产生一定程度的遮挡，使天线的口径效率会有所降低。
优点就是反射面的直径一般为1.2--3M，所以便于安装，而且接收卫星信号时也比较好调试。
二、卡塞格伦（后馈式抛物面）天线卡塞格伦是一个法国物理学家和天文学家，他于1672年设计出卡塞格伦反射望远镜。
1961年，汉南将卡塞格伦反射器的结构移植到了微波天线上，他采用了几何光学的方法，分析了反射面的形状，并提出了等效抛物面的概念。
卡塞格伦天线，它克服了正馈式抛物面天线的缺陷，由一个抛物面主反射面、双曲面副反射面、和馈源构成，是一个双反射面天线，它多用作大口径的卫星信号接收天线或发射天线。
抛物面的焦点与双曲面的虚焦点重合，而馈源则位于双曲面的实焦点之处，双曲面汇聚抛物面反射波的能量，再辐射到抛物面后馈源上（如图2所示）。
由于卡塞格伦天线的馈源是安装在副反射面的后面，因此人们通常称它为后馈式天线，以区别于前馈天线。
反射面抛物面卡塞格伦天线
反射面抛物面卡塞格伦天线由金属反射面和馈源组成的天线，主要包括单反射面天线(图1)和双反射面天线(图3)两大类。
这是基于光学原理导出的天线形式，广泛用于微波和波长更短的波段。
第二次世界大战前后多种单反射面天线开始大量使用，到60年代出现了以卡塞格伦天线为代表的双反射面天线。
它们已成为最常用的一类微波和毫米波高增益天线，广泛应用于通信、雷达、无线电导航、电子对抗、遥测、射电天文和气象等技术领域。
以卫星通信为例，由于增益高和结构简单，反射面天线是通信卫星地球站的主要天线形式；由于能制成可展开的折伞形结构，它又是宇宙飞船和卫星天线的基本形式。
至今不但已产生了多种多样的反射面形式来满足不同的需要，同时也出现了性能优良的多种馈源结构(见天线馈源)。
有些还采用组合馈源来形成"和差"波束或多波束(见单脉冲天线和多波束天线)。
单反射面天线典型形式是旋转抛物面天线(图1a)。
它的工作原理与光学反射镜相似，是利用抛物反射面的聚焦特性。
抛物面上点P的以O为原点的柱坐标方程为ρ2=4fz；以焦点F为原点的球坐标方程为r=2f/(1+cosθ)，f为抛物面的焦距。
因此，由焦点F发出的射线经抛物面反射后，到达焦点所在平面的波程为一常数，即。
这说明各反射线到达该平面时具有相同相位，因而由馈源发出的球面波经抛物面反射后就变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射最强的窄波束。
抛物面直径D和工作波长λ之比越大，则波束越窄，其半功率点宽度为：2θ0.5=(58°~80°)λ/D天线增益G与天线开口面(口径)几何面积A成正比，而与波长平方λ2成反比，即：G=4πAη/λ2=(πD/λ)2η式中η称为天线效率或口径效率，主要由口径利用系数与截获系数的乘积决定。
口径利用系数取决于口径上场分布的均匀程度。
当均匀分布(口径上各点场的相位相同且振幅相等)时，口径利用系数最大，其值为1。
截获系数是馈源投射到反射面上的功率与馈源总辐射功率之比，理论上最大值也是1。
倒置卡塞格伦天线的研究与设计.pdf.doc
代号分类 10701 TN82 学号 密级 1102120954 公开题 （中、英文） 目 倒置卡塞格伦天线的研究与设计Research and Design of InverseCassgrain Antenna作者姓名何润涛指导教师姓名、职称郑会利教授学科门类工学提交论文日期 学科、专业 电磁场与微波技术 二〇一四年一月学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。
本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。
学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。
同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
(保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名：导师签名：日期日期摘要摘要倒置卡塞格伦天线是在卡塞格伦天线的基础上发展而来的，并将极化扭转技术应用其中。
倒置卡塞格伦天线主要应用在雷达系统当中。
倒置卡塞格伦天线是一种双反射面天线，前面的抛物面主要对电磁波进行反射和透射，后面的反射面对反射回来的电磁波进行极化扭转。
设计的难点在于确定主反射面的光栅尺寸。
本文旨在设计一款工作在8~9GHz的倒置卡塞格伦天线。
设计的核心工作在于确定抛物面的光栅结构以及极化扭转板的整体结构。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
卡塞格伦天线的工作原理
时间：2015-08-10 来源：天线设计网 TAGS：卡赛格伦
我们已经知道，反射面天线的方向图形状（波束指向、主瓣宽度、副瓣电平）决定于天线口径上的场(或电流)分布。
而口径场分布又由馈源的方向图和反射面的形状确定。
改变反射面的形状，即采用长焦距的反射面来得到较均匀的口径场分布。
但是，焦距变长之后，天线纵向尺寸变大，这不仅使结构上不便，而且馈线变长会增加损耗，对远距离通讯来说增加噪声，降低效率。
另外，要获得低副瓣(如-40dB)，口径场振幅分布还不能是均匀的，应满足一定分布规律。
这由单反射面和一个馈源来调整是困难的。
采用双反射面天线，可方便地控制口径场分布。
既可以使反射面的焦距较短，又可保证得到所需的天线方向图，而且使设计增加了灵活性。
双反射面天线系统的设计起源于卡塞格伦光学望远镜。
这种光学望远镜以其发明人卡塞格伦Cassegrain命名。
下图为中国科学院国家天文台、中电集团39所联合研制的40米射电望远镜，位于中科院云南天文台（昆明东郊凤凰山），于2005年8月动工兴建，2006年5月投入运行。
40米射电望远镜的主要任务，是接收嫦娥卫星下行的科学数据并参与完成对绕月卫星的精密测轨。
40米射电望远镜是一台转台式卡塞格伦型天线，总重约360吨。
天线主反射面直径40米，由464块铝合金实体单块面板和不锈钢网状单块面板构成，中央（直径26米以内部分）由208块实体单块面板构成，周边直径26米至40米部分则由256块网状单块面板构成。
正十六边形的天线中心体空间行架结构及辐射梁、环梁构成天线的主反射体背架结构。
40米天线馈电采用后馈卡焦方式，焦长为13.2米。
直径4.2米的双曲线副反射体由4根与俯仰轴成450 方向对称布局的支撑柱支撑。
是不是很高大上呢？
标准卡塞格伦天线的组成
标准卡塞格伦天线由主反射面、副反射面和馈源组成。
为了获得聚焦特性，主反射面必须是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面，馈源可以是各种形式，但一般用喇叭作馈源，安装在主、副反射面之间，其相位中心应置于旋转双曲面的焦点上，双曲面的安装应使双曲面的虚焦点与抛物面的焦点重合，如图所示。
卡塞格伦天线整个就是一个轴对称结构。
副反射面通常置于喇叭馈源的远区。
如果喇叭辐射的球面波方向图是旋转对称的，侧卡式天线就具有轴对称性能。
卡塞格伦天线的工作原理
卡式天线的工作原理与抛物面天线的相似，抛物面天线利用抛物面的反射特性，使得由其焦点处的馈源发出的球面波前，经抛物面反射后转变为在抛物面口径上的平面波前，从而使抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
卡式天线在结构上多了一个双曲面。
天线作发射时，由馈源喇叭发出的球面波首先由双曲面反射，然后再经主反射面(抛物面)反射出去。
根据双曲面和抛物面的性质，由F'发出的任意一条射线到达某一口径面的波程相等，即，则相位中心在F'处的馈源辐射的球面波前，必将
在主反射面的口径上变为平面波前，呈现同相场，即S0面为等相位面，使卡式天线具有锐波束、高增益性能。
天线作接收时的过程正好相反，外来平面波前经主、副反射面反射之后，各射线都将汇聚到馈源所在点F'，由喇叭接收。
卡氏天线的优缺点：
优点：（1）馈线短（2）空间衰减SA小（3）减小漏溢（4）等效焦距长（3）设计灵活（7个参数）等
缺点：（1）副反射面的遮挡大，但对要求G很高的天线来说，主反射面很大的话，这个遮挡相对就小。
（2）造价高。
卡塞格伦天线的几何参数
卡式天线的几何参数关系如图所示：
双曲面的四个参量：抛物面有三个参量：
(1) 双曲面直径 (1) 抛物面直径dD
(2) 双曲面焦距fc (2) 抛物面焦距f
(3) 双曲面半张角ϕ0 (3) 半张角ψ0
(4) 双曲面顶点到抛物面焦点距离Lv
在这七个参量中，只有四个是独立的，其余三个可根据抛物面和双曲面的几何关系求出。
主、副反射面的方程
在XYZ坐标系下，主反射面的曲面方程为：，副反射面的曲面方程为：，其中，为双叶双曲面两个顶点距离的一半，e为离心率。