15-抛物面天线 天线原理

偏置馈源
图(a)和图(b)例子的缺点： （1）抛物面反射的波又回入初级天线，由于产生 互作用而失配。 （2）初级天线起着障碍物的作用，遮挡了口径的 中心部分而加大了副瓣。 可采用偏置馈源解决上述问题。
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三部分组成：主反射面（通常为抛物面）、副 反射面（通常为双曲面）和馈源。 由馈电发出的电磁波到达副反射面-双曲面时， 被反射到主反射面-抛物面上，而后再反射成平 面波。因此，把前馈方式变为后馈方式。
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波导馈电的振子型馈源
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矩形波导传输TE10模激励。 对称振子安装在伸进波导口的金属平板上。 第一个振子长度略短于l/2,第二个振子略长于 l/2。相距l/3-l/4,相位中心在两个振子中间 略靠近振子1。
D2 l 2 H 31o 79o D1 2 E 88
o
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l
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等效抛物面法： FNN’经抛物面反射的 平行线和FN线的延伸 线得到交点Q。从馈源 向副反射面其他各点 作一系列的射线，然 后可得到一系列与Q点 相类似的交点，这些 交点形成的面为一抛 物面。这个抛物面叫 做卡塞格伦天线的等 效抛物面。
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不同D/f 值时的主瓣宽度和旁瓣电平。随D/f 的变 小，口面张角y0变小，方向图的主瓣变窄，旁瓣 升高。
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卡塞格伦天线的分析方法
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虚馈源法： 馈源辐射出的电磁波，经双曲面反射后到达 抛物面，犹如放在虚焦点F’的馈源辐射出的 电磁波。只是后者较前者少走了2a的路程。 卡塞伦天线的馈源口径尺寸与等效馈源相比， 允许有一个较大的值，也就是馈源口径尺寸 的放大作用。
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Baidu Nhomakorabea
15.2 卡塞格伦天线
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卡塞论天线的参数共有7个：D、f、d、fc，y0、 0、Lv。 独立的参数只有4个，其余3个参数可由抛物面及 双曲面的性质求出。
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天线 Antennas
第15讲
抛物面天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@scut.edu.cn
2014/4/16 Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
抛物面天线对馈源的要求
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馈源应有一个确定的等效相位中心，保证辐射 球面波，相位中心应该在焦点上，以使口径上 得到等相位分布。 馈源辐射最好是单向和旋转对称，且副瓣电平 尽可能低。如果只要求天线增益最大，通常要 求口面边缘的场较口面中心的场低10dB左右。 馈源及其支撑物对口面的遮挡应尽量小。
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2f 1 cosy
令y=y0,则y=D/2为 口径面半径，可得：
f 1 D 4 tan y 0 2
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同轴线馈电的振子型馈源
图a:1-抛物面；2-同轴线；3-对称振子；4-反射圆 盘；5-短路塞；6-l/4阻抗变换器；7-l/4扼流套； 2 E E cos y 方向图近似为： 0 图b是一种宽带馈源。馈源的相位中心位于振子和 反射面之间，略靠近反射面。
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F为抛物面的焦点。 f 为抛物面的焦距。 y为从焦点发出的射线与轴线的夹角。y0为从焦点发出到抛物 面边缘的射线与轴线的夹角。 r为从焦点发出与抛物面交点的距离。 D=2R0为抛物面的口径直径。
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y0
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离心率：
1 sin (y 0 0 ) 1 2 e 1 2L sin (y 0 0 ) 1 v 2 fc
已知4个参数可获得其他3个。
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第15讲内容
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引言
旋转抛物面天线 卡塞格伦天线
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焦距口径比f/D越大， 天线波瓣越窄，增益 越高。 给定增益，先确定口 径D，再选定f/D，抛 物面形状就确定了。 由上式或右图可求出 馈源需要照射的角度 2y0，据此设计馈源。
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喇叭馈源
为了保证喇叭有确定的相位中心，使其辐射球面 波，喇叭口面上的最大相位差不超过l/4-l/2。 抛物面口面边缘的场要低于中心场10dB,因此需 要知道喇叭方向图的10dB波瓣宽度。对于角锥喇 叭，其-10dB波瓣宽度按经验公式计算：
抛物面在直角坐标系的几何关系
x 2 y 2 4 fz 在极坐标系中： y r siny , z f r cosy , r
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旋转抛物面具有两个主要的几何特性： 由焦点F出发的射线经抛物面反射后，反射线平 行于z轴，形成一束平行线。反之，当平行线经 抛物面反射后，全都会聚焦在焦点F。 由焦点F发出并经抛物面反射的各条线到达口径 面（或垂直于z轴的任一平面）所走的路程相等。 这一路程为： L FM FM ' r r cosy r (1 cosy ) 2 f 意味着焦点F发出的球面波反射后成为平面波。
15.1 旋转抛物面天线
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旋转抛物面天线是由馈源（初级辐射源）和抛物 面反射面（次级辐射器）所组成。 馈源产生弱方向性的球面波，经抛物面反射面后 变成方向性尖锐的平面波。
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若给定馈源方向图和抛物面形状，则可求得口面 场分布，进而求得抛物面天线E面和H面的辐射场 和方向图。 下图为馈源为带圆盘反射器的对称振子的旋转抛 物面天线在不同的口径焦距比时计算得到的方向 图曲线。
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下列3个方程表示卡塞论天线各参数之间的关系：
2 fc coty 0 cot 0 d 1 sin (y 0 0 ) 2 L 1 v 2 1 1 1 fc e sin (y 0 0 ) 2 D 4 tan 2 f
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双曲面的性质： （1）双曲线上任一点N到两个焦点的距离之差等于 常数
r ry 2a
（2）点源由双曲线的实焦点F向另一条双曲线照射， 不同点的反射线反向延长时，都相交于虚焦点F’。 因此，反射线犹如从位于F’点的点源所辐射出来。 这说明，由实焦点F发出的球面波可以等效为从虚 焦点F’发出。而双曲线的虚焦点F’又为抛物面 的焦点，故从焦点发出的球面波经抛物面反射后 必然成为口径面上的平面波