抛物面天线基础理论

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108

λλ:，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，

ψ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；ρ为焦点F到反射面上任意点的距离。

由抛物面的定义可知：

=+=+

2cos(1cos)

fρρψρψ

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：

21cos f ρψ=+ 由图

6-6-1还可得到：

2sin sin 21cos sin 1cos f y ftg tg ψρψψψ

ψψψ===+=+

把口面直径0

,2D y R ψψ===代入6-6-3可得到： 222D ftg ψ=，或者0

1142f D tg ψ=•

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：

+=+6-6-3

'''

FM MN FM M N

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。由前面讨论结果得知，均匀口面场必将产生强方向性辐射场，这就是利用旋转抛物面产生强方向性辐射场的原理所在。

当然，如果把旋转抛物面天线用作接收，入射波又是平面波形式，经抛物面反射后，就会把平面波转换成球面波传送到位于焦点位置的照射器，形成聚集接收，增加照射器接收信号的强度。

3.2 抛物面天线的口径场和辐射场分布与方向性

3.2.1 口径场分布

抛物面天线口面场分布情况，直接决定着整个抛物面天线辐射场的方向性。而口面场分布情况又由照射器、反射面共同来决定。对于实际使用的长焦距抛物面天线，不管采用振子型照射器，还是喇叭天线照射器，造成抛物面天线口面场分布都具有图6-6-3所示的分布特征。

由图6-6-3可见，在实际抛物面天线口面上，其口面场分布不是严格的单一方向线极化波，而是含有sy sx E

E 和两个场分量，只是sy E 分量远大于sx E 分量。为此我们把sy E 称为主极化分量，sx E 称为交叉极化分量。

如照射器辐射功率为P

，方向性系数为D ，口面场主极化分量与二者的关系为：

22cos

6026021cos cos 2sy P D

E P D f f f ψρψ

ψ∑∑====+

由图6-6-4可见，随着,sy

E ψ↑↓，也就是由口面中心'O 向外，距'O 越远，Esy 数值越小。换言之，口面场的主极化分量数值随着离口面中心'O 距离增大，数值变小。这说明实际使用的抛物面天线口面场并非真正的均匀分布结构。在已知抛物面的主极化分量Esy 后，把它代入面天线辐射场表示式中，并对具体的抛物面口面进行积分运算，就可的到抛物面天线的辐射场和方向函数。

3.2.2 抛物面天线辐射场的方向性

3.3 抛物面天线的技术要求

3.3.1 对照射器的要求

依据上面5条，工程中常采用下面几种照射器：

①采用波导馈电的振子型照射器

采用波导馈电的振子型照射器的结构原理如图6-6-4所示。

为了减弱波导口对振子型照射器方向图的遮挡影响，把波导窄边逐渐变窄形成一过渡段，就可以达到这一目的。同时也为了改善振子型照射器方向图的对称性，常在金属薄板的宽边上平行安置“两对”电对称振子构成四振子照射器，如图6-6-4所示，这样就可利用双振子照射器（四振子天线阵）H面方向图比E面方向图主波瓣宽的特性，保证照射器能量均匀射向抛物面方向。

3.3.2 照射器对反射面的影响

（1）照射器对反射面产生的遮挡影响

选用照射器时，如果尺寸过大，将会产生对反射面二次辐射场的遮挡，降低口面场分布的均匀程度，辐射场主瓣变宽，副瓣电平升高，方向系数D下降。

解决措施是：

A、采用高效照射器；

B、采用后馈式馈电方式；

C、采用斜馈式馈电方式，

其原理如图6-6-6所示。

（2）照射器安装公差对辐射场的影响

①纵向偏焦

纵向偏焦指的是照射器虽安装在中心线上，但其相位中心不在抛物面的焦点位置，而是靠近或远离了焦点位置，如图6-6-7所示。

②横向偏焦