卡塞格伦反射面天线73页PPT
天线基础知识(全)PPT课件
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
3/25/2020
7
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
3/25/2020
8
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
3/25/2020
9
Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
3/25/2020
11
Dept.PEE Hefei Normal
天线功能
天线技术课件(西电第二版)第9章
F( )
cos1
1
2
1
2
0.707
第 9 章 常用面式天线
1
d1
2
sin0.5H
1.86
相应的主瓣半功率张角为
20.5H
2 sin0.5H
1.18 弧度
d1
68
d1
20.5E
E平面第一副瓣电平为
51
d2
20lg 0.214 13.2dB
H平面第一副瓣电平为 20 lg0.071=-23 dB
2r
dy(1 cos )e jr
(9-1-6)
当φ为任意值时，可将电振子和磁振子分成两个分量，一个 与E平面平行，另一个与E平面相垂直。
第 9 章 常用面式天线 可以证明，对于如图9-3所示坐标系中的任意θ和任意φ方向，
电场强度同时具有θ和φ两个分量，如下列形式：
dE
j EOy dx
2r
dy
sin (1 cos )e jr
对于基本电振子，此平面为垂直于基本电振子轴的平面， 射线与振子轴所成之角度为90°，此平面为电流元的最大辐射 平面， 因此它在该平面上M点所产生的场强为
第 9 章 常用面式天线
dE1
j 60Idy e jr r
j 120HOx 2r
dx dy
e jr
j EOy dx
2r
dy e jr
(9-1-1)
当口面尺寸为有限，而M点离口面非常远时，可以认为口 面上各点到远区一点M的射线r１均与从原点O处发出的射线r相 平行， 因此积分式(8–1-13)内振幅项中的r1可写为r, 即认为
r1 r
但在计算相位因子e-jβr1时，必须考虑因r1与r的行程差而引 起的相位差所产生的影响。
卡塞格伦反射面天线
2
主要内容及要求： 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构 二、卡塞格伦天线的分析方法 三、卡塞格伦天线的增益 四、影响反射面天线方向性的因素 五、赋形波束反射面天线 六、其它型式的双反射面天线
3
远望六号测量船
4
一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性
1、天线（抛物面天线——双反射面）
卡塞格伦天线
2 Mf 1 cosq
fe Mf
18
二、卡塞格伦天线的分析方法
偏心率e愈小，M愈大。通常 M 3 所以等效抛物面是一个长焦距 抛物面。
f e Mf
e 1 f e 1
19
二、卡塞格伦天线的分析方法
用射线管的概念说明它们的口径场分布是相同的。
Q2 Q1 Q’2 Q’1 等 dΨ F’ dθ
F
rபைடு நூலகம் F P
r FP
ρ =FQ
虚馈源法
Ei rq sin q 1 Er r sin
60 Pr Gr
rq
Fr (q )
60 Pr Gv
r
Fv ( )
Fr (q ), Fv ( ) 分别是实、虚馈源的归一化方向图函数
23
Gr , Gv 分别是实、虚馈源的增益
二、卡塞格伦天线的分析方法
5
两类常见的反射面天线
主抛 反物 射锥 面面 主抛 反物 射锥 面面
馈源
馈源
副双 反曲 射面 面
抛物面天线
卡塞格伦天线
6
与抛物面天线相比，卡塞格伦天线具有以下的优点： （1）以较短的纵向尺寸实现了长焦距抛物面天线的 口径场分布，因而具有高增益，锐波束； （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； （3）设计时自由度多，可以灵活地选取主反射面、 反射面形状，对波束赋形。 卡塞格伦天线存在着如下缺点：卡塞格伦天线的 副反射面的边缘绕射效应较大，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。
天线的知识讲座PPT课件
天线的基本知识
1.3.4 波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称 为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功
率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
1.3 天线方向性的讨论
1.3.1 天线方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功 能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。 立体方向图虽然立体感强，但绘制困难， 图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定 平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射 方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd .
半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对 数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 – 2.15 = 6 dBd .
两个半波振子（带反射板）
在垂直面上的配置
反 射 板
长 度 为 L
增益为 G = 11 ~ 14 dB
两
反
个
射
半
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。
天线PPT课件(完整版)
天线发展简史
一、1886, 赫兹（Heinrich Rudolf Hertz, 1857-1894）
1839年法拉第（Michael Faraday, 1791-1867）发现、 1873年麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831-1879)完成的电磁 理论，在1886年由海因里希· 鲁道夫· 赫兹建立了第一个无 线电系统，首次在实验室证实。
§1.1 辅助函数法
在远场区
E jA E jA E jA Er 0
1 j ˆE ˆ A H r r
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
7
天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas） 位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超大阵 列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成，是 世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米跨度的 天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
2 A k A J
2
A 4 A 4
－线电流
远场辐，忽略高阶项
1 n 2,3,4, rn
jkr e ˆA , ˆA , ˆAr , A r , r
r
1 ˆA , ˆA , 1 E je jkr 2 r r
天线与电波传播
绪论
反射面天线PPT课件
1.单反射面天线
旋转抛物面天线 • 最简单的反射面天线由两个部分组成：一
个大的反射面和一个非常小的馈源。最常 见的形式是抛物面天线，其反射面是一个 旋转抛物面。
旋转抛物面的几何关系
旋转抛物面是由抛物线绕轴旋转一周形
成的。抛物线在如图所示的直角坐标系
中的方程为：
x2 4 fz
(1 1)
式中，f为抛物线焦距，z=f的点称为焦
抛物面天线的增益计算
设抛物面截获的功率为 Pa 则由漏溢所引起的效率为
es
Pa Pr
Pa Pa Ps
1
则抛物面天线增益为
G
EM2 r 2 60Pin
EM2 r 2 60Pr
EM2 r 2 60PaPa PrFra bibliotek Des
4 2
A0eaes
1
即
G
4 2
A0eA, eA
eaes
卡式天线有七个几何参数： Dm :抛物面的口径直径，也是卡式天线的口径直径； Fm :抛物面的焦距，也是卡式天线的焦距； 1m :抛物面的半张角，即馈源对主面的半照射角； Ds :双曲面的直径，即卡式天线副面直径； Fs :实、虚焦点之间的距离，即双曲面的焦距。 2m :馈源对副面的半照射角； a 为双叶双曲面两顶点距离的一 半，e为双曲面的离心率；
主面三个参数之间的关系为： tan 1m Dm
2 4Fm
(2-1)
双曲面参数有直径 Ds，焦距 Fs 2c,e ，1m 和 2m 等。
因为
Fs
Ds 2
(cot1m
cot2m )
得 并有
cot1m
cot2m
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。
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。
课件ppt第三章要点
需要熟悉球坐标场表达式
Er E E Hr H H
7
§3.2 天线基础
天线电气参数
F ( , ) E( , ) / Emax 方向图：归一化场强 有相互垂直的E面和H面方向图
主瓣 主瓣最大辐射方向
1 / 2
左右某种 程度对称
G
3 dB SLL
副瓣
各向同性电平
§3.2 天线基础
通信链路计算举例（p116）续1
波长＝0.01m 卫星接收天线增益
Gr
4Ae
2
D .9 47.7dB 59217
2
接收机的等效噪声温度 TR=(NF-1)T0 =(10[NF]/10-1) T0 = (10 3.4/10-1)x290＝ 344.5K
中国科学技术大学
毫米波通信技术
第三章、毫米波天线
刘发林
电子工程与信息科学系 2012年9月
研究生选修课 ESD5302
第三章、毫米波天线
§ 3.1 引言 § 3.2 天线基础
3.2.1 天线辐射的基本原理 3.3.1 口径面天线基础 3.3.3 透镜天线 3.3.5 多频段共用天线 3.2.2 天线的特征参数 3.3.2 反射面天线 3.3.4 喇叭天线
[Pr]=13+53+47.7-20 lg (39500)-20 lg (30000)-32.44 ＝ 66+47.7-91.6- 91.9-32.4 ＝ -102.2 dBW 由于地球站位于卫星接收天线3dB覆盖边缘，所以，实际接收功率 为： [Pr]’= -102.2 dBW-3=-105.2dBW=3.02x10-11 W
面天线元力教学课件PPT
y ds(xs , ys)
x R
y
M(r , , )
s
S O
r
x
z
坐标原点至远区观察点M(r,θ,φ) 的距离为r 面元ds(xs,ys) 到观察点的距离为R
图3―2―1 平面口径坐标系
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
EM
j
1
2r
(1 cos )
s Ey (xs, ys )e jkRdxsdys
2
S Ey ( xs , ys ) dxsdys （3―2―6）
于是，方向系数D可以表示为
2
D
4 2
S Ey (xs , ys )dxsdys
2
S Ey (xs , ys ) dxsdys
（3―2―7）
如果定义面积利用系数：
2
S Ey (xs , ys )dxsdys
2
S S Ey (xs, ys ) dxsdys
3.2.4 相位偏移对口径辐射场的影响
由于天线制造或安装的技术误差，或者为 了得到特殊形状的波束或实现电扫描，口径场的 相位分布常常按一定的规律分布，这属于非同相 平面口径的情况。假设口径场振幅分布仍然均匀， 常见的口径场相位偏移有如下几种：
（1）直线律相位偏移
Ey
E e
j
2 xs a
m
0
（3―2―30）
/ (°)
m＝ 3/2 40 60 80
图3―2―8 平方律相位偏移的矩形口径方向图
FH()
1
0.9 a＝ 2 0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3 0.2
m＝ 0