抛物面天线CAD7
大型可展构架式星载抛物面天线结构设计
第35卷第3期2001年5月浙 江 大 学 学 报 (工学版)Jour nal of Zhejiang Univer sity (Engineering Science)Vol.35№.3May 2001收稿日期:1999-07-05.基金项目:国家自然科学基金资助项目(69982009).作者简介:岳建如(1975-),男,山东临沂人,浙江大学博士,主要从事空间结构、空间可伸展结构的研究.大型可展构架式星载抛物面天线结构设计岳建如,关富玲,陈向阳(浙江大学土木工程学系,浙江杭州310027)摘 要:提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,和国内外已有的设计相比,该单元可动机构数较少,展开可靠度高,结构刚度好,且具有很广泛的几何适应性,能容易地构造复杂二维可展结构,具有广泛的应用前景.利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计.该天线的形面精度较高,质量轻,造价低.最后,对天线模型进行了结构分析,说明天线具有良好的刚度.关键词:可展天线;构架式;抛物面天线;六棱柱单元;对角伸缩杆中图分类号:T H122;TU35;V42 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2001)03-0238-06随着人类对宇宙探索的不断深入,超大型、高清晰度的卫星、空间站等航天器成为不可缺少的工具,由于受有效荷载仓的容积限制,世界各国相继发展了大量的大型可展航天结构,但我国对空间可展结构的研究尚处于起步阶段,有待更进一步的深入研究.本文利用拉伸弹簧构造了一个可展伸缩杆六棱柱单元,和国内外类似的可展结构单元相比,该单元在展开后所有展开机构均不需锁定,因而展开可靠度较高,且具有良好的几何适应性.利用该伸缩杆单元,文中设计了一个大型构架式星载抛物面天线,并详细地介绍了设计的各项技术参数,分析了可展天线的展开过程和结构的静力和动力特性,及结构参数的影响.结构分析表明这类构架式可展天线具有展开可靠性高,刚度好,形面精度高和造价低等显著优点.1 结构伸缩杆六棱柱单元结构分析如图1所示为利用弹簧伸缩杆驱动的一个四边形基本单元,周边的四根杆件是不可折叠,也不可收缩的,对角杆设计了弹簧,可以改变杆件长度.折叠状态时,结构成捆状,单元的构件相互平行.由于处于拉伸状态的弹簧收缩,引起结构的逐步展开,到达预定位置后,对角杆受弹簧外套管限制而不能继续收缩,锁定成为几何不变结构.在完全展开状态,结构杆件的尺寸限制了弦杆和竖杆的夹角.要使结构单元能完全折叠,需要满足以下几何相容条件:l 1+l 2=l 3+l 4.(1)单元对角杆在整个展开过程中长度的变化,即弹簧的伸缩量,可表示为$=l 1+l 2-l 21+l 22.(2)单元间的一维连接:当两个四边形单元并列连接形成一维结构时,可以有如图2所示的两种形式,设计平直的一维支架时,可以由一系列首尾相连的对角杆一起驱动结构展开或收纳,如图2(b)所示,此时,有较小的折叠体积.若对角杆平行布置,收纳时,将成一长条形结构,收纳效果不理想.上述一维单元的连接缺乏侧向稳定性,缺少实用价值,设计馈源支架或机械手等一维可展结构时,必须使用三棱柱或四棱柱单元来构造一维支架.正六棱柱单元:如图3为利用弹簧伸缩杆驱动形成的正六棱柱可展开单元,它由如图1所示的四边形基本单元组成.上下表面的12根杆件和6根竖杆及中心杆均是普通铰接构件,不可改变长度,6根斜腹杆是可伸缩的,且相交于一点.边上的细线表示索单元,需要提高结构的刚度时,可以用中间有扭簧可折叠杆件代替索单元.六棱柱单元可以认为由6个四边形单元和一些附加的索单元构成.完全收纳状态时,结构折叠成捆状,杆件紧密相依,由于处于拉伸状态的弹簧的收缩,驱动六棱柱单元展开.但完全收纳时,各杆件处于自平衡状态,需要外加扰动荷载来保证结构的顺利展开.图1 一维自适应结构图 图2 一维连接Fig .1 Th e structur al figure of one dimensional module Fig .2 T he connected figur e of t he modules图3 正六棱柱单元Fig .3 The hexahedr al module图4 模型布置图F ig .4 T he arr angement of the modules 利用图3所示的六棱柱单元可以方便地形成各种二维可展结构,图4所示为一种典型的模型布置俯视图,每根粗线代表一个伸缩杆四边形单元,虚线表示索单元,中心圆表示6根伸缩杆相交的节点.相邻单元采用同一根索.一个六边形虚框内有6根实线相交于一小圆,代表了图3所示的一个六棱柱可展单元.由于节点设计采用柱饺式,保证杆件绕着接头只能在所限定的一个面内转动,单元如图4布置形成结构后,根据体系分析理论,索单元不是维持结构几何不变的必要构件,但它们可以很好的提高结构的刚度.在支承点附近,利用可折叠杆件代替索单元,能得到较合理的结构.利用六棱柱单元形成的结构,具有适应性广的优点,能方便地设计成各种复杂曲面,其中最吸引人的用途是形成大型构架式可展抛物面天线,此时,上表面构成抛物面天线的反射面.空间可展结构要求有高收纳率,能折叠成较小的体积从而可将大型航天器置于有效载荷仓中;质量轻,可降低发射成本;展开可靠度高,尽可能地降低发射风险;实用性广,可用于构造复杂可展结构,并保证所形成结构的形面精度;刚度较高,能避开姿态控制的频率段.机构数:保证较高的展开可靠度,要减少可展结构机构数,特别是完全展开后需要锁定的机构,因为较少的机构意味着较轻的质量,机构的重量往往占整个展开结构质量的很大一部分.六棱柱单元的节点设计保证杆件只能在一个面内转动,因而相邻的四边形单元的弦杆在整个展开过程中一直保持60°角,这样就有效地减少了可动机构数,便于设计,且有效地提高了展开的可靠度.一个六棱柱单元共含6根伸缩杆,没有其它可动机构,完全展开后,不需锁定,因而具有很高的展开可靠度.但设计锁定装置后,能提高结构的刚度和展开重复精度.而索单元(或折叠杆)虽是柔性构件,由于不是必要构件,不影响展开可靠性.文献[1]提出的另一种六棱柱展开单元Hexapod 利用套筒作为可动结构,具有较少的机构数,但设计适应性较差,设计成抛物面时,节点复杂,且套筒滑动容易卡死,将无法二次展开.文献[4]提出的Packtruss 也是一种较有名的六棱柱展开单元,其它可用于构造二维可展结构的非六棱柱单元主要有VLD 和SHDF truss [3],各模型的具体机构数以及与本文所提出的可展单元的比较如表1所示.239 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计表1 各种展开单元比较T ab.1T he contr ast of the deployable modules单 元需锁定机构数不需锁定机构数收纳率Hexapod A 360.0781Packtr uss 1200.0625VLD 1200.0625SHDF 1500.0625本文单元60.0625图5 四边形单元完全收拢示意图Fig.5 F igure of thequadrilat eral module in fully st owed stat e 收纳率是可展结构的一个基本特点,可以定义为结构完全展开体积和完全收纳体积的比值.为简单起见,研究正六棱柱单元的收纳率,并假设单元的所有刚性杆件的管径为d ,六棱柱的边长为l ,展开后,六棱柱单元的高度为h ,完全折叠的六棱柱单元示意图如图5所示,六棱柱的平面投影面积减少约(4.0d /l )2倍,高度则从原来的h 变为l +h ,因而伸缩杆六棱柱单元的收纳率为l 2h(4.0d )2(l +h )=0.0625l 2h d 2(l +h ).(3)这表明,一个口径为20m 的天线,若厚度为50cm,单元杆长67cm,管径15mm ,发射时,能折叠成一直径约180cm ,高117cm 的体积而置于有效荷载仓中.式(3)右端的值越大,说明单元的收纳率越高.从式(3)还能知道,收纳率和杆件管径密切相关,若能采用更细的构件,收纳体积会显著减小.其它几种展开单元的收纳率也可类似求得,各单元收纳率的系数如表1所示,说明各种展开单元的收纳率大体同.设计适应性:这种伸缩杆六棱柱单元虽然机构数很少,但具有很广的适用性,能方便的形成各种复杂结构.一般而言,可动机构数较少,会有较多的几何约束条件,适应性较差,通常形成平面结构不成问题,但难以设计成复杂的结构.因而设计复杂的二维展开结构时,需要认真分析六棱柱单元的几何约束问题.如图3所示,六棱柱单元的可折叠的充分必要条件为l ii +l i 7′=l i 7+l 77′,i =1,2, (6)(4)其中上下表面各点可能要求位于某确定曲面上.若各单元的下表面是由上表面竖直向下平移一定距离而成,则有l i 7=l i ′7′,l ii ′=l 77′,i =1,2, (6)(5)则单元的可折叠条件自然满足,使复杂结构的几何设计非常简单,杆长不需利用几何约束条件迭代求解,没有因为折叠约束条件而引入的数值误差.可展结构的基本单元相互连接形成二维结构时,单元之间往往需要满足一定几何关系,如常见的剪式单元,但本文设计的伸缩杆六棱柱单元,相邻的展开单元之间没有必要的几何约束,因而可以方便地形成复杂的空间折叠结构.2 可展抛物面天线几何分析和节点设计根据上述分析,设计了一个5.0m ×2.88m 的切割抛物面天线,焦距为4.0m,天线设计需要满足的条件有:¹可折叠几何约束条件;º上表面(反射面)位于给定的抛物面上;»保证结构具有一定的刚度;¼较轻的质量;½造价较低廉,尽量使节点和杆件的类型统一.其中前两个条件必须严格满足,后两个条件是设计的优化指标,不一定严格满足,第三个条件主要和结构的厚度及约束条件相关.天线的平面网格划分如图6所示,并由此确定节点的平面坐标,虚线代表索单元.对平面点作抛物面抬升,使其满足条件º,即z j -12f(x 2j +y 2j )=0,(6)式(6)中,f 为抛物面的焦距.背架的下表面可由上表面竖直向下平移求得,即240浙 江 大 学 学 报(工学版) 2001年 z j -12f (x 2j +y 2j )+h =0,(7)式(7)中,h 为上下表面的竖直距离,由结构的刚度要求确定,h 大,则结构刚度较好,但质量会有所增加.所形成的抛物面天线中间厚,四周略薄,是综合考虑条件式(3)、(4)后较合理的结构.天线的杆件长度相互相差不大,能较好地满足质量条件.由于天线保持了较高的对称性,因而杆件的种类较少,所需制造模具数量也少,从而减少了制造成本;节点的造价在整个结构中占了很大比例,本模型的弦杆在整个展开过程之中始终相互保持60°的夹角,因此设计简单,种类较统一,只需两类节点,使天线制造费用较低.在展开和收纳两种状态及展开过程中,相邻弦杆间角度一直保持60°,任何时候各单元的平面投影为六边形,只是投影尺寸有所变化.折叠时,杆件紧密相依.图7是天线完全展开时的透视图,为表示简洁,已略去索单元.图6 抛物面天线的网格划分Fig.6 Th e arr angemen t of the parabolic an tenna图7 抛物面天线透视图Fig.7 T he perspective figu re of the parab o lic antenna 天线的节点设计:展开结构的节点设计关系到可展结构的展开可靠度和展开重复精度,是可展结构设计的重要一环.同时可展结构的节点又和结构自重及造价相关,为降低自重,要求节点尺寸尽可能小,为降低造价,应使节点种类较统一.六棱柱单元的节点连接了6个方向的杆件,且需要保证杆件绕着节点在一个面内转动.天线只采用两类节点,如图8所示,图8(b)为连接有对角杆的节点,图8(a)则未和对角杆相连,两类节点共有97个.上下表面弦杆和竖杆均采用6.4mm(直径)×0.5mm (壁厚)的CFRP 管,对角杆的构造如图9所示,其中粗杆为8.0mm (直径)×0.8mm (壁厚),细杆为6.4mm (直径)×0.5mm (壁厚).表2对天线模型的杆件材料进行了统计.表中,X 表示弦杆,S 表示竖杆,D 表示对角杆,数字表示杆长的分类,其中对角杆的长度为完全展开时的长度,各杆件长度考虑了节点尺寸的影响.从表2中可以看出,虽然抛物面天线的几何很复杂,但按照本文的方法设计的模型杆件种类仍旧很少.表2 杆件种类统计表Tab .2 The table of the kinds of the r ods杆件编号长度/mm 数量杆件编号长度/mm 数量杆件编号长度/m m 数量X1359.3676X7398.5032D5440.222X2361.3164X8419.248D6628.1838X 3374.7560D 1738.8222D 7480.9616X4389.5444D2526.5730D8796.364X5369.0556D3575.9432S 1491.0097X 6430.924D 4682.6428总计-613图8 节点示意图Fig .8 T he figur e of the joints in t he module 图9 对角杆F ig .9 The diagonal member241 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计3 天线模型的结构分析天线上下表面的弦杆、竖杆和节点间采用销钉连接,可以采用普通的铰接杆单元计算.铰接点分别位于节点的6个伸出臂上,实际计算时,将它们等效为一个铰接点.若对角杆未设计锁定装置,其刚度可以近似为弹簧刚度,且根据能量相等的原则将其等代为普通杆单元,等代杆件面积为A =kl E,(8)式(8)中,k 为两根弹簧的串联刚度系数,E 和l 分别为等代杆单元的弹性模量和长度.对角杆若设计了锁定装置,则可以认为由三段不等截面的梁单元组成,如图9所示,根据能量相等的原则,也可以将其等代为一根杆单元,等代杆件面积为A =A 1A 2l2A 2l 1+A 1l 2,(9)图10 模型展开状态模态实验图Fig.10 T he mode exper iment ofpar t of t he ant enna module式(9)中,A 1,A 2分别为粗杆和细杆的截面积,l 1为细杆在锁定装置间的有效长度,l 为等代杆件长度.当天线含索单元时,为使索单元绷紧,必须施加一定预应力,但因为预拉力的值不大,计算时忽略了预应力对结构模态的影响.最中间的四个下弦节点和星体相连,可以近似为简支约束.计算时,忽略了星体运动对结构的影响.为了检验模态计算时建模的正确性,对一部分结构做了模态实验,模型的口径为1.714m.单独测试Z 方向模态,实验结果如下:模型在实验时的收拢和展开照片见图10,前三阶振型图如图11、图12、图13.图11 一阶振型图(f 1=12.58Hz)F ig .11 T he first mode of the str uctur e图12 二阶振型图(f 2=12.58Hz)Fig .12 T he second mode of the structure图13 三阶振型图(f 3=15.29Hz )F ig.13 The third mode of t he str uctur e 模型自振频率测试结果见表3,表4给出了通过有限元分析计算所得的测试模型的前10阶频率,由表3和表4可知,理论上所建立的模型基本上是符合实际的,但是有限元分析时的频率比较集中,由此对上述整个天线进行有限元分析.天线在完全展开状态处于非锁住状态时,预应力索直径为1.0mm ,所有材料采用铝合金,整个结构总体上按桁架计算.结构的前10阶振型表如表5.分析表明,天线具有良好的动力性能,在星体的振动所引起的强迫振动的条件下一般不会发生共振现象.在具体设计时,需要综合考虑卫星各部件的频率,使得结构的整体频率控制在一定范围内,防止共振现象的发生.表3 部分天线结构自振频率表(实验)Ta b.3 T he frequency of the pa rabolic antennaHz 振 型12345678910242浙 江 大 学 学 报(工学版) 2001年 进行有限元分析时所得到的结果:表4 部分天线结构自振频率表(有限元分析)Ta b .4 T he frequency of the pa rabolic antennaHz振 型12345678910频 率12.5812.5815.2925.3325.9725.9730.3530.3531.5234.24表5 整个天线结构自振频率表(有限元分析)Ta b .5 T he frequency of the pa rabolic antennaHz振 型12345678910频 率3.374.947.077.7511.5311.9212.4814.2914.8416.234 结 论(1)本文提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,该单元展开后不需要锁定的机构,因此展开可靠度高,且结构刚度好,具有很广泛的适应性,能容易地构造复杂二维可展结构.(2)利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,该天线的形面精度较高,质量轻,造价低,满足了可展结构设计的基本要求.对天线模型进行了结构分析,并对部分模型进行了实验分析,结果与理论计算基本吻合.表明天线具有很好的刚度.参考文献:[1] Junjir o Onoda ,Fu Dan -ying ,Kenji Minesugi .T wo -dimensional deployable hexapod truss [J ].J Spacecr aftand Rockets ,1996,33(3):416-421.[2] Hir oshi F ur uya ,Kenichi Higashiyama.Dynamics of closed linked variable geomet ry tr uss manipula tor s[J].Acta Astronaut ica,1995,36(5):251-259.[3] OnodaJ .Two -dimensionally deploya ble tr uss str uct ur es for space applicat ion [J ].J Spacecraft and R ockets ,1988,25(2):109-116.[5] Hedgepeth J M,Miller R K.Str 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ds :deployable antenna;truss structure;par abolic antenna;hexahedral module;diagonal extensible member243 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计。
抛物面天线的工作原理
面天线的结构和工作原理一、抛物面天线（一）抛物面天线的结构常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分组成：照射器，由一些弱方向性天线来担当，想短电对称振子天线，喇叭天线。
作用：是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。
抛物面，它一般有导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5-3（mm），或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栅栏。
网孔的最大值要求小于λ/8-λ/10，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。
作用：构成天线辐射场方向性的主要部分。
图 1-1 普通抛物面天线的结构图图 1-2 普通抛物面天线的几何关系图（二）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。
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、卡塞格伦天线（一）卡塞格伦天线的结构卡塞格伦天线是一种双反射面天线，其主反射面是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面。
卡塞格伦天线的结构与普通抛物面天线的差别，不仅在于多了一个副反射面，而且把馈源安装到了主反射面后面上，如图1-3所示。
故有时也把卡塞格伦天线称为后馈天线。
图 1-3 卡塞格伦天线的结构图（二）卡塞格伦天线的工作原理卡塞格伦天线的工作原理是，根据双曲面的性质，由F2发出的电磁波被副面反射，其反射的电磁波方向可以看成是共轭焦点F1发出的射线方向。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常用的天线类型，广泛应用于无线通信和卫星通信领域。
它的工作原理基于抛物面的几何特性和电磁波的反射原理。
1. 抛物面天线的结构抛物面天线由一个抛物面反射器和一个位于焦点处的辐射源（也称为馈源）组成。
抛物面反射器通常由金属材料制成，呈现出抛物线的形状。
2. 工作原理当抛物面天线接收到入射的电磁波时，这些电磁波会被抛物面反射器反射到焦点处的辐射源上。
辐射源通过电流激励，将电磁波转化为辐射出去的电磁波。
同样地，当抛物面天线用于发送信号时，辐射源会产生电流，将电磁波辐射到空间中。
3. 焦点特性抛物面天线的一个重要特点是，所有从天线发射或者接收的电磁波都会聚焦于焦点处。
这是因为抛物面反射器的几何形状使得入射的平行光线在反射后会汇聚到焦点上。
同样地，从焦点发出的电磁波会被抛物面反射器反射成平行光线。
4. 波束宽度抛物面天线的波束宽度是指天线主瓣的角度范围。
主瓣指的是辐射功率最大的方向。
波束宽度与抛物面反射器的曲率半径和波长有关。
通常情况下，波束宽度越小，天线的定向性越强。
5. 增益抛物面天线的增益是指天线辐射功率相对于理想点源天线的辐射功率的比值。
增益与抛物面反射器的大小和形状有关，通常情况下，增益越高，天线的接收和发送性能越好。
6. 多频段应用抛物面天线可以用于多频段应用。
通过在抛物面反射器上添加子反射器或者使用多个辐射源，可以实现在不同频段下的工作。
7. 抛物面天线的应用抛物面天线广泛应用于卫星通信、雷达系统、微波通信、无线局域网（WLAN）等领域。
由于其高增益和定向性，抛物面天线可以实现远距离通信和传输，并具有较高的信号质量和抗干扰能力。
总结：抛物面天线是一种基于抛物面反射器和辐射源的天线类型。
它的工作原理基于抛物面的几何特性和电磁波的反射原理。
抛物面天线具有聚焦特性、波束宽度、增益和多频段应用的特点。
它被广泛应用于无线通信和卫星通信领域，提供了高质量的通信和传输能力。
抛物面天线计算公式(一)
抛物面天线计算公式(一)抛物面天线计算公式1. 简介抛物面天线是一种常用于通信系统中的天线类型，它具有较高的增益和方向性。
在设计和调整抛物面天线时，需要进行一系列的计算。
本文将列举几个常用的抛物面天线计算公式，并通过示例进行说明。
2. 首焦距计算公式首焦距是抛物面天线的一个重要参数，用于确定天线的几何形状。
首焦距的计算公式如下：f = D^2 / (16 * h)其中，f表示首焦距，D表示抛物面的直径，h表示抛物线的高度。
例如，如果抛物面的直径为1米，抛物线的高度为米，则首焦距计算如下：f = 1^2 / (16 * ) = 米3. 几何增益计算公式几何增益是衡量抛物面天线方向性的参数，常用于评估天线的性能。
几何增益的计算公式如下：G = 4 * π * A / λ^2其中，G表示几何增益，A表示抛物面的有效面积，λ表示天线工作波长。
例如，如果抛物面的有效面积为1平方米，天线的工作波长为1米，则几何增益计算如下：G = 4 * π * 1 / 1^2 =4. 波束宽度计算公式波束宽度是衡量抛物面天线方向性的另一个重要参数，它表示天线主辐射方向的范围。
波束宽度的计算公式如下：θ = 70 * λ / D其中，θ表示波束宽度，λ表示天线工作波长，D表示抛物面的直径。
例如，如果天线的工作波长为1米，抛物面的直径为1米，则波束宽度计算如下：θ = 70 * 1 / 1 = 70 度5. 聚焦距离计算公式聚焦距离是对抛物面天线聚焦性能的度量，它表示天线能够从接收到的信号中聚焦出的最小距离。
聚焦距离的计算公式如下：d = 2 * f^2 / λ其中，d表示聚焦距离，f表示首焦距，λ表示天线工作波长。
例如，如果首焦距为米，工作波长为1米，则聚焦距离计算如下：d = 2 * ^2 / 1 = 米6. 总结以上是几个常用的抛物面天线计算公式，包括首焦距计算公式、几何增益计算公式、波束宽度计算公式和聚焦距离计算公式。
天线原理与设计—第八章抛物面天线
天线原理与设计—第八章抛物面天线抛物面天线是一种常见且重要的天线类型，在无线通信系统和雷达系统中广泛应用。
本章将介绍抛物面天线的基本原理、特性以及设计方法。
一、抛物面天线的基本原理抛物面天线是一种由旋转抛物面形成的反射型天线，其基本原理是通过抛物面的反射特性实现聚焦效果。
抛物面天线由一个抛物线形状的金属面和该金属面的焦点处安装的辐射单元组成。
在抛物面天线中，信号从源天线发射出，然后被抛物面反射并聚焦到抛物面的焦点处。
由于抛物面的几何特征，该焦点处的电磁波能量是得到最大增强的。
因此，抛物面天线能够实现较高的增益和较强的直射波束。
二、抛物面天线的特性1.高增益：由于抛物面天线的反射特性，它能够将信号聚焦在一个小区域中，从而实现高增益的目标。
因此，抛物面天线适用于需要较长传输距离、高信号质量和低干扰的应用场景。
2.窄波束：抛物面天线的波束宽度较窄，可以减少多径信号和干扰信号的影响。
这使得抛物面天线特别适用于长距离的通信和雷达系统中。
3.大带宽：抛物面天线的设计允许较大的带宽范围，可以实现多种频段的通信传输。
4.抗干扰性能强：由于抛物面天线的聚焦特性，它对于来自非焦点方向的信号有较好的滤波作用，可以抑制一些外界噪声和干扰。
三、抛物面天线的设计方法抛物面天线的设计涉及到抛物面形状的确定、抛物面焦点的确定和辐射单元的设计。
首先，需要确定抛物面的形状。
常见的抛物面形状有抛物线和抛物面。
通常情况下，抛物线形状较为常用，因为它能够实现更高的增益、更窄的波束和更大的带宽。
其次，需要确定抛物面焦点的位置。
抛物面的焦点位置决定了天线的聚焦特性和波束方向。
一般情况下，焦点位置应该与辐射单元接近，并满足最佳聚焦效果。
最后，需要设计辐射单元。
辐射单元通常由一个或多个天线元件组成，如微带天线或Horn天线。
辐射单元的设计应考虑到天线的工作频段、功率处理能力和增益要求。
在抛物面天线的实际设计中，还需要考虑到诸如天线重量、制造成本、安装方式等因素。
抛物面天线基础理论
3 抛物面天线基础理论3.1抛物面天线的结构特点与工作原理3.1.1结构特点和要求常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分构成：照射器：由一些弱方向性天线来担当，像短点对称振子天线、喇叭天线，其作用是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。
抛物面：它一般由导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为 1.5—3mm，或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栏。
网孔的最大直径要求小于: ，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。
其作用是构成天线10 8 辐射场方向性的主要部分，由两部分构成的天线结构原理如图所示：3.1.2抛物面的几何尺寸及特性一般用于面天线反射面的抛物面，都具有以剖面图6-6-1 中的z 轴为中心呈旋转对称式结构。
在剖面图中，把o 称为抛物面的顶点，F 称为抛物面的焦点，0称为抛物面的张角，是从焦点F到口面边沿射线与OF轴线的夹角；D=2R 称为抛物面口面直径，R 为口面半径；为焦点F 到反射面上任意点的距离。
由抛物面的定义可知：2f cos (1 cos )此关系式是以焦点F 为极坐标原点得出的抛物线方程，由此可进一步得到：2f1 cos由图 6-6-1 还可得到：3.1.3 抛物面天线的工作原理根据抛物面的集合特性，可以得到抛物面的两个重要性质：（1）由焦点 F 发出的射线，经旋转抛物面反射后，反射线互相平行，且都平行于其轴线 OF ，即 MN //M 'N'//OF 。
反过来，平行于 OF 轴线的射线， 经旋转抛物面的反射作用， 其反射线均汇聚于其焦点处。
（2）由焦点发出的射线，经由旋转抛物面反射到达口面时，其长度相等，即：FM MN FM ' M 'N' 6-6-3这说明，由焦点 F 发出的射线，经旋转抛物面反射后，每条射线路程均相等。
根据以上两条可以得到，当把照射器置于焦点位置，并使照射器的相位中心与抛物面 焦点重合， 照射器辐射出的球面波经旋转抛物面反射后， 在口面上将转变成平面波， 使抛物 面天线口面场形成均匀分布。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理引言概述：抛物面天线是一种常用的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状。
本文将详细介绍抛物面天线的工作原理，包括其结构、信号接收和发射原理、以及应用领域。
一、抛物面天线的结构1.1 抛物面天线的外形抛物面天线的外形呈现出一个抛物面的形状，其中心为焦点。
这种形状有助于将信号聚焦到一个点上，提高信号接收和发射的效率。
1.2 抛物面天线的材料抛物面天线通常采用金属材料制成，如铝合金或钢材。
这些材料具有良好的导电性和机械强度，能够有效地接收和发射电磁信号。
1.3 抛物面天线的尺寸抛物面天线的尺寸通常由其焦距和口径决定。
焦距决定了天线的聚焦能力，口径决定了天线的接收和发射效率。
一般来说，焦距越小，口径越大，天线的性能越好。
二、抛物面天线的信号接收原理2.1 抛物面的反射特性抛物面具有特殊的反射特性，能够将从焦点发出的信号反射到抛物面的口径上。
这种反射特性使得抛物面天线能够将来自不同方向的信号聚焦到一个点上。
2.2 抛物面天线的馈电方式抛物面天线通常采用馈源天线将信号引入抛物面的焦点。
馈源天线可以是一根导线或者一个小型的天线。
通过馈源天线，信号可以被抛物面反射并聚焦到焦点上。
2.3 抛物面天线的信号接收效率由于抛物面的反射特性和聚焦能力，抛物面天线能够将信号聚焦到一个点上，提高信号接收效率。
这种聚焦效果使得抛物面天线在通信和雷达等领域得到广泛应用。
三、抛物面天线的信号发射原理3.1 抛物面的反射特性抛物面天线在信号发射时，也利用了抛物面的反射特性。
信号从馈源天线进入抛物面后，会被抛物面反射并聚焦到焦点上，然后从焦点发出。
3.2 抛物面天线的辐射特性抛物面天线的辐射特性与其反射特性相对应。
抛物面天线能够将信号从焦点发射出去，并形成一个相对方向性较强的辐射模式。
这种辐射特性使得抛物面天线在通信和卫星通讯等领域具有重要应用。
3.3 抛物面天线的发射效率抛物面天线的发射效率取决于其聚焦能力和辐射特性。
抛物面天线CAD7
抛物面天线CAD7反射面天线CAD (7)一、反射面天线的设计1.1 引言天线发展早期，是用于中波、短波和超短波频段，这种天线一般均称为线形天线。
具体代表是，对称振子天线、T 型天线、菱形天线、顶加载天线和八木天线等。
后来出现了面形天线，例如，喇叭天线、反射面天线和透镜天线等。
随着频率升高，面形天线应用越来越广泛。
目前，广泛运用于卫星接力通信地球站中的大型反射面天线直径为φ26—φ32m 。
中小型卫星地球站用天线直径为φ4.5—φl 2m 。
用于天文宇宙观测的大型天线的直径达100米。
超视距警戒雷达也用大型反射面天线，特别是地面固定和移动接力通信的发展，反射面天线应用得更广泛，其尺寸有φ0.6—φ4.5米等系列尺寸。
各个国家都把反射面天线口径制订成标准系列。
目前，国内外利用广播卫星播放电视节目，家庭生活娱乐节目已不单由电视台播放，而是通过φ0.6米反射面天线直接接收卫星广播和电视节目。
在微波频段用于接力通信用的天线几乎都采用反射面天线这说明反射面天线具有它本身的特点：在线形天线理论中，我们知道如果要获得高的天线增益，要用无数个振子排列组合，构成天线阵面。
而且，要保证规定的馈电相位，例如，短波中用的同相水平天线阵和目前飞机上用的小型相控阵天线均是按照这个基本理论制作的。
但是这种合成条件非常严格，并且结构非常复杂。
尽管微波集成光刻技术有了较高的发展，要得到较高的增益也是困难的。
在八木天线中，引向器的数量越多，会使增益做的高一些，但每个单元要获得10分贝增益也是比较困难的。
一般只有7—8分贝，目前八木天线最高组阵增益在18分贝之下。
但对微波频段的抛物天线来讲，可以把开口径看成由无数个振子排列组合辐射。
例如4GHz(7.5cm)，开口径为3.3米，天线增益达到40分贝并不困难，而获得相同的增益，如用八木天线，几乎需20组同相馈电单元组合，但实现也是非常困难的。
在微波频带，天线增益系数一般很容易做到10，000—l，000，000。
15-抛物面天线 天线原理
South China University of Technology
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抛物面在直角坐标系的几何关系
x2 y2 4 fz 在极坐标系中：
y r siny , z f r cosy , r 2 f 1 cosy
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。
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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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15-抛物面天线 天线原理
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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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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。
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@
2014/4/16 Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
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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微波抛物面天线的辐射
*
馈源的形式很多，所有弱方向性天线都可作抛物面天线的馈源。例如振子天线、喇叭天线、对数周期天线、螺旋天线等等。 波导喇叭馈源
五、抛物面天线的馈源
*
天线（波纹喇叭天线） 结构图 辐射图 口径辐射场
五、抛物面天线的馈源
振子型馈源
五、抛物面天线的馈源
*
天线（波纹喇叭天线） 标量馈源图
四、抛物面天线的增益
*
它是因为口径场振幅分布不均匀引起的。 讨论抛物面天线的增益，就是要研究如何以最小的口径尺寸去得到最大的增益问题，也就是要研究抛物面天线的效率问题。
2、口径渐削效率
1、天线效率
它包括馈源、反射面的导体损耗和介质损耗；
四、抛物面天线的增益
*
2、口径渐削效率的计算
O
z
F
r
二、抛物面天线的口径场
*
有害区的出现
y
x
O
y
z
Y0=90°,出现极点
y
x
O
y
z
Y0>90°,出现有害区
二、抛物面天线的口径场
*
不同，馈源方向图相同时口径场分布 相同，馈源方向图不同时口径场分布 1、馈源方向图相同，抛物面天线的几何结构参数 不同 2、馈源方向图不同, 但抛物面天线的几何结构参数相同
（2）馈源方向图
用一个单一线极化的电流元作馈源时，电流元的轴与y轴平行，馈源的主极化方向就是y方向
投射到抛物面上任意一点Q的场，都比投射到抛物面顶点O的场幅值小，这是因为
O
z
F
r
Y
x
y
二、抛物面天线的口径场
用一个单一线极化的电流元作馈源时，电流元的轴与y轴平行，馈源的主极化方向就是y方向 E平面交叉极化分量零 H平面交叉极化分量零 Y X
几种天线的比较
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.下文对一些常用的天线作简单介绍。
1．抛物面天线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.图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡;使用大功率功放时,功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2．卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成,如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面,副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后,电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说,副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀,必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0。
7—0。
75，而且能量分布均匀。
目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
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反射面天线CAD (7)一、 反射面天线的设计1.1 引言天线发展早期，是用于中波、短波和超短波频段，这种天线一般均称为线形天线。
具体代表是，对称振子天线、T 型天线、菱形天线、顶加载天线和八木天线等。
后来出现了面形天线，例如，喇叭天线、反射面天线和透镜天线等。
随着频率升高，面形天线应用越来越广泛。
目前，广泛运用于卫星接力通信地球站中的大型反射面天线直径为φ26—φ32m 。
中小型卫星地球站用天线直径为φ4.5—φl 2m 。
用于天文宇宙观测的大型天线的直径达100米。
超视距警戒雷达也用大型反射面天线，特别是地面固定和移动接力通信的发展，反射面天线应用得更广泛，其尺寸有φ0.6—φ4.5米等系列尺寸。
各个国家都把反射面天线口径制订成标准系列。
目前，国内外利用广播卫星播放电视节目，家庭生活娱乐节目已不单由电视台播放，而是通过φ0.6米反射面天线直接接收卫星广播和电视节目。
在微波频段用于接力通信用的天线几乎都采用反射面天线这说明反射面天线具有它本身的特点：在线形天线理论中，我们知道如果要获得高的天线增益，要用无数个振子排列组合，构成天线阵面。
而且，要保证规定的馈电相位，例如，短波中用的同相水平天线阵和目前飞机上用的小型相控阵天线均是按照这个基本理论制作的。
但是这种合成条件非常严格，并且结构非常复杂。
尽管微波集成光刻技术有了较高的发展，要得到较高的增益也是困难的。
在八木天线中，引向器的数量越多，会使增益做的高一些，但每个单元要获得10分贝增益也是比较困难的。
一般只有7—8分贝，目前八木天线最高组阵增益在18分贝之下。
但对微波频段的抛物天线来讲，可以把开口径看成由无数个振子排列组合辐射。
例如4GHz(7.5cm)，开口径为3.3米，天线增益达到40分贝并不困难，而获得相同的增益，如用八木天线，几乎需20组同相馈电单元组合，但实现也是非常困难的。
在微波频带，天线增益系数一般很容易做到10，000—l，000，000。
对于接力通信用的天线来讲，首先必须具有高增益，且点对点通信要具有尖锐波束，有时叫做铅笔形波束。
想在通信方向构成效率高的通路，必须具有很强的方向性，而在其它方向尽量减少辐射。
最先出现的反射面天线是前馈反射面天线，它在面天线发展史上起了奠基作用。
后来出现的卡塞格仑和格里高利天线以及由此发展起来的修正卡塞格仑及修正格里高利天线都是在前馈反射面天线基础上发展起来的。
由于前馈反射面天线的馈源与位于反射面顶点后面的接收单元或发射单元要用波导或电缆连接，因而引入较大的传输损耗，且馈源的维修也不方便。
加之早期的前馈反射面天线由于其馈源的方向图不等化，造成天线效率只有50 ~ 60％，因而前馈反射面被认为是一种低效率面天线。
但是，技术的发展，馈源的理论研究和实验研究获得很多成果。
馈源方向图的等化理论和演算方法日渐成熟，使设计者能较容易地设计出等化方向图或旋转轴对称方向图的馈源，从而使反射面获得旋转轴对称的照射，导致天线照射效率的提高。
δ—Gain馈源的出现是前馈反射面天线获得新生的又一重要标志。
所谓δ—Gain馈源就是其方向图不仅轴对称，并且在对反射面照射角度内基本上是均匀的，而在反射面边缘其方向图又迅速下跌。
这种馈源以同轴多模馈源为代表，配置合适的焦距直径比，可使抛物面天线的效率达到65—80％。
还要提到的是，鉴于δ—Gain 馈源在反射面边缘可维持相当低的照射锥削，使反射面的远旁瓣和背瓣可控制到很低，因此反射面采用前馈照射同样可获得良好的旁瓣特性，这就克服了老式前馈反射面天线的固有缺点。
从上面讨论的情况来看，馈源实际上是反射面天线的核心(或心脏)。
馈源问题解决了，反射面天线的问题也就解决了。
本节主要讨论反射面天线的CAD技术。
1.2反射面天线的结构及形式反射面天线一般有两部分组成：反射面和馈源。
根据反射面的形状又可以分为平板反射器天线、角反射器天线以及抛物面天线。
抛物面天线又可以分为单反射面天线、双反射面（卡塞格仑和格里高利）天线以及偏置（OFFSET）抛物面天线等等。
反射面天线的馈源可以是天线单元、天线阵列或其他反射面天线，图7-1给出了典型的反射面天线的结构及形式。
这里要讲述的主要是角反射器天线与抛物面天线。
图7-1典型的反射面天线的结构及形式1.3平板反射面天线由金属平板和馈源组成的反射面天线，又叫做平板反射面天线。
由于金属平板限制了可能的辐射方向，因而增加了天线的方向性。
与金属平面平行的极化波在反射表面上的电场为零，且对波束产生较大的影响。
这就是，靠近金属接地板上面放置的水平偶极子的方向性比垂直偶极子大的缘故。
实际上，天线都是架设在地面上或附近有金属导体。
在天线激发的电磁场作用下，地面或附近金属导体表面要激励起电流。
这对于无限大金属接地板上的水平偶极子天线，就可以采用镜像法来分析。
天线和它的镜像组成二元阵，但是二元阵中只有一个元才馈电，镜像法的局限性可以用几何绕射理论来弥补。
无穷大理想导电平面上垂直、水平和倾斜放置的电基本振子的镜像振子和电流如图7-2所示。
从镜像原理来看，垂直电基本振子和水平电基本振子的镜像振子分别与原振子相同。
镜像电流则分别与原振子的电流等幅同相(正像)和等幅反相(负像)。
倾斜电基本振子的镜像振于也是倾斜的，但取向相反。
镜像电流的垂直和水平分量分别是原电流的垂直和水平分量的正像和负像。
设水平对称振子距理想导电平面的高度为H ，它与镜像振子组成间距为2H 的等幅反相2元阵，如图7-3a 所示。
故理想导电平面上，水平对称振子的方向函数可以写为：(7-1)其中：∆表示到观察点的射线与导电平面的夹角，称为仰角。
在垂直平面(00=φ)内，有：(7-2)该平面内的天线方向图即为振于及其负像组成阵的阵因子方向图，如图7-3b 所示。
从图可见，不论H 为何值，∆＝00均为方向图零值的方向。
λ/H 越大，方向图波瓣越多。
诸波瓣最大值方向为：(7-3)其中仰角最低的第一波瓣最大值方向为：图7-3 理想导电平面上的水平对称振子及其方向图利用电离层反射的短波通信信道，根据上式选取适合的天线架设高度，使1M ∆等于由通信距离和电离层高度决定的通信仰角。
理想导电平面上的对称振子的方向系数也可以由式(7-4)计算：(7-4)式中2)(i M f 为对称振子与其镜像组成的振子阵的方向函数最大值，而∑)(i R 是计入地面影响后的对称振子的辐射阻抗，亦等于对称振子与其镜像组成的振子阵的总辐射电阻的一半。
一般情况下，金属接地板上四分之一波长处水平放置的半波振子的增益为8.15dB ，并常被用作标准天线。
同时，从式(7-2)可以看出：4/1/0<<λH 时，该天线的最大辐射方向总是在090=∆的方向，也就是垂直于金属接地板。
同时，天线的增益与H 相关。
垂直单极子天线就是馈电接近导电平面的垂直开路单导线天线，它与镜像构成全长为2L 的对称振子(称等效对称振子)，如图7-4所示。
在上半空间，垂直接地振子与等效对称振子在自由空间的方向图完全相同，即：(7-5)垂直接地振子的辐射阻抗仍按计算，其中是计入导电平面影响后的辐射功率，是等效对称振于辐射功率的一半。
因此，垂直接地振子的辐射阻抗是自由空间等效对称振子辐射阻抗的一半。
垂直接地振子的输入阻抗也是自由空间等效对称振子输入阻抗的一半，因为它的输入电压是等效对称振子的一半，而二者的输入电流相等。
由式(7-4)可知，垂直接地振子的方向系数等于自由空间等效对称振子方向系数的2倍，因为二者的M f 相同，前者的辐射电阻仅是后者的一半。
也就是说，四分之一波长单极子天线的增益为5.15dB ，并也常被用作标准天线。
1.4 角反射器天线图7-5示出了一种由金属平板组成的角形反射面天线，它由两块金属平板和其间的对称振子天线构成，两块金属平板之间的夹角ϕ可以是任意的。
金属板的尺寸为L W ×，对称振子天线距角反射面顶点的距离为d 。
平板反射面天线可以认为是夹角为180度的角反射面天线。
当夹角N /πϕ=，N 为正整数，可以用镜像法来分析。
现在讨论的是有限尺寸的角反射面天线，金属表面的切向电场必须为零， 因此，它可以将对称振子的辐射场限制在一个有限范围内。
Krous 给出了这种天线的设计准则：金属平板的宽度W 至少应为0.6λ；平板的长度L 至少应为2d 。
表7-1中给出了馈电振子的直径为0.02λ，长度为0.42λ的90度角形反射面天线的方向性系数、波瓣宽度和输入阻抗值。
为补偿偶极子与底板间的耦合，必须缩短偶极子的长度。
方向性系数随偶极子到顶点的距离d 间小而增加，但它可以使天线的效率和增益下降。
d=0.37λ时，输入阻抗为50欧姆，电抗很小。
同时，为增加天线的带宽，采用粗振子，其输入阻抗和距离d 也随之变化。
图7-5 角反射面天线 ϕ表7-2中给出了几何绕射理论计算的d=0.37λ的各种板尺寸下90度角反射器天线的特性参数。
从表可以看出，H 面波瓣宽度随板长的增加而变窄，当边长增长到1.5λ后，其H 面波瓣宽度在45度附近小范围波动。
天线的增益可以用波瓣宽度来估算。
受限于天线尺寸和重量，一般不设计大边长的角反射器天线，因为增益的增加有限，获得的效益不高。
一般情况下，同尺寸的抛物面天线增益要比角形反射器天线的增益大。
例如，口径直径为2λ的抛物面天线，假设其效率为50%，此时天线的增益有13dB ，90度的角反射器天线的增益只有10 ~ 12dB 。
一般情况下，选取导体板的边长为1.5λ左右。
为了改进角反射器天线的增益，图7-6给出了带有圆柱面的角反射器天线的结构图。
该天线有一个馈电的对称振子天线和三块金属导体板组成，其中两导体平板之间的夹角为ϕ，第三块反射面是由部分圆柱面组成。
其中a 为圆柱面的半径，R 为振子距圆柱中心轴的距离。
该天线的结构可以用镜像法来分析计算，当ϕ=60度时，a=λ，R=1.4λ，该天线的输入阻抗为149+j42欧姆，天线的增益为15dB 。
与不待圆柱面的天线相比，该天线的增益至少增加了2dB 。
同时，从其输入阻抗特性看，该天线具有良好的宽频带特性。
另一种具有高增益特性的角反射器天线应当属带圆柱面的三维角反射器天线，其结构如图7-7所示。
图7-6 带有圆柱面的角反射器天线带圆柱面的三维角反射器天线是由四块导电金属板和一个馈电的3λ/4长的单极子天线构成的。
这种天线仅在上半空间辐射，其辐射场可以从镜像法来得到。
研究表明，该天线的最大辐射方向在（0θ，ϕ=0）。
当a=1.5λ，R=2.15λ，夹角为60度的带圆柱面的三维角反射器天线的增益可以达到24.4dB ，输入阻抗为55欧姆，电抗为15.5欧姆，易于使用50欧姆同轴线来馈电。
1.5 抛物面天线及其性质为了说明反射面天线的工作原理，首先介绍反射面的性质。