第十一章 单反射面天线(下)
合集下载
相关主题
- 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)。
268
269
《天线原理与设计》讲稿
f
f
(ψ r′
)
=
⎧C ⎨⎩0
,0 ≤ψ ≤ψ0 , 其它
式中，
r′
=
f cos2 (ψ
2)
,
则归一化方向图函数为
Ff (ψ ) =
f
f (ψ Cf
)
=
⎧1
⎪ ⎨
cos2
(ψ
⎪⎩0
2)
,0 ≤ψ ≤ψ0 , 其它
理想均匀照射时的馈源归一化方向图如图 11-15 所示。
mH mE
2π λ
2π λ
⋅ DH2 8RH ⋅ DE2 8RE
=π 8
=π 8
,
RH
=
2
DH λ
,
RE
=
2
DE λ
(11.72)
若ψ 0
=
60° ， SA =
20 lg 1 + cosψ 0 2
=
−2.5dB ，考虑空间衰减，应取 2θ−7.5dB
=
2ψ 0 。
例如，当 λ = 3.2cm 时，可得到 P273 图 11-29 时的曲线，该曲线可由下式近似表
• 减小支撑杆的遮挡。合理选择支撑赶可使遮挡造成的增益损失小到
0.16dB。见 P278 。
二、抛物面反射波对馈源的影响。
馈源接收由反射面反射回来的反射波，将产生一个附加反射系数 R1，使馈线 中的反射系数模变为
R = R0 + R1
,
R1
=
Gf 4π
λ f
(11.74)
三、遮挡影响近似计算
遮挡影响可采用几何光学法近似分析。其思路为 (1) 确定遮挡体在口径上的几何阴影区，阴影区面积为遮挡面积； (2) 假设被遮挡的能量全部由遮挡体吸收，无反射，不影响照明区内的场分布，
0
：
f D
= 1 ctg ψ 0 42
→ψ 0
(4)
计算增益 G： G =
4π S λ2
g
,
g ≈ 0.83 (最佳值)
(5) 馈源的设计： 2ψ 0 = 2θ0.1 空间衰减： SA = 20 lg 1+ cosψ 0 2
11.8 旋转抛物面天线的馈源
一、对馈源的要求
馈源是反射面天线的组成之一，对抛物面天线来说，一旦其形状尺寸确定之 后，天线系统的性能就取决于馈源了。为了保证天线有良好的性能，一般对馈源 有如下要求： 1. 有一确定的“视在相位中心”(或称等效相位中心)，且置于焦点。使馈源的视 在相位中心放在抛物面的焦点上，这样可保证口径面为等相位面，见图 11-14。 否则，会使方向图畸变，增益下降。
(1) 加调配元件
可使馈线中的总线系数减小，仅适于窄带频带。
(2) 补偿法
采用顶片调配补偿。缺点，由于尺寸小，方向图宽，将干扰抛物面方向图，
274
275
《天线原理与设计》讲稿
王建
使副瓣上升，增益下降。见 P279 图 11-41。
(3) 偏置馈源法
这种方法是把馈源安装在反射面的反射波的作用范围之外，见图 11-22。
268
《天线原理与设计》讲稿
王建
*抛物面天线的简单设计过程
已知 λ 和 2θ0.5
(1)由主瓣宽度确定口径直径 D：
2θ0.5
≈ 70° λ D
→D
P264 式(11.45)
(2)由最佳焦径比确定焦距 f： R0 ≤ 1.3 , 2R0 = D ≤ 2.6 → f (长焦)
f
ff
(3)
确定馈源照射张角ψ
273
274
《天线原理与设计》讲稿
王建
图 11-21 ED (θ ) 、- Ed (θ ) 和 ET (θ ) 的方向图
• 有遮挡时的第一副瓣电平为
SLL1
=
20
lg
|
ETs1
ET (0
)
|
=
20
lg
|
EDs1 +
ED (0) |
| Ed | − | Ed
|
≈
20 lg
EDs1 + Ed
| ED (0) |
示
EdB = −10(θ /θ0.1)2
(11.73)
由图可查得 θ−7.5dB = 0.87 ，则得 θ −10 dB
2θ−10dB = θ2 −7.5dB 0.87 = 2ψ 0 0.87 = 120° 0.87 = 137.9°
270
271
《天线原理与设计》讲稿
王建
EdB
=
−10
⎛ ⎜ ⎝
θ −7.5 dB θ −10 dB
（3） 圆波导的副瓣和后瓣也比矩形波导的低。 若采用开口矩形波导作馈源，则应该改善其 H 面的方向图使其波瓣宽些以达 到均匀照射的目的。如采用带扩散棒的切角波导口。见 P273 图 11-27。
2. 喇叭馈源
实际应用中，旋转抛物面天线的馈源，大多采用喇叭天线，包括圆锥喇叭和
角锥喇叭。喇叭馈源的安装有各种形式，书上 P273 图 11-28 给出了两种形式。 为了保证喇叭馈源的方向图在主瓣的一个较大的范围内存在一个“视在相位
一、结构
根据电气特性和使用环境的要求不同，抛物面可做成实体、栅状、网状和实 体上打孔的反射面。波长为 3cm 以上波段一般采用实体。如卫星地面站天线、 射电天文等。波长为 5cm 以下的波段有时为了抗风力可做成网状。
二、公差
进行机械设计加工，一般都要求给出加工误差。如何设计估算加工误差与天 线的性能指标密切相关。
（2） 采用圆波导作馈源，能减小抛物面口径面上的感应电流交叉分量。因 为圆波导口本身的交叉极化分量和抛物面上产生的交叉极化分量是相 反的，见图 11-16。这将降低副瓣，提高增益。
269
270
《天线原理与设计》讲稿
王建
(a) 圆波导交叉极化
(b) 抛物面交叉极化
图 11-16 圆波导的寄生极化和抛物面的寄生极化
图 11-22 馈源偏置的抛物面天线
(4) 旋转极化面法
这种方法是使馈源辐射的电磁波经反射面后极化旋转 90° ，从而使馈源不能 接收反射波。
使极化旋转的方法是在反射面上安装许多倾斜的平行金属片。见图 11-23。
图 11-23 反射波极化的扭转
(5) 中心挖空或涂敷吸收材料 (见图 11-43)
11.10 抛物面天线的结构和设计公差
• 有遮挡时与无遮挡时的增益之比为
GT GD
=
[ED (0) − Ed (0)]2 ED2 (0)
= [1 − 2( d )2 ]2 D
(11.82)
用分贝表示为
10 lg GT GD
= 10 lg GT
− 10 lg GD
=
20 lg[1 − 2( d )2 ] D
由此式可计算增益下降了多少。
四、消除反射面的反射波对馈线线路的影响
中心”，则喇叭口径边缘的相位差ψ mH ,ψ mE ≤ π 8 。角锥喇叭馈源的-10dB 波瓣宽 度，可按下列经验公式计算。
⎧⎪⎪2θ0.1E ⎨ ⎪⎪⎩2θ0.1H
= 88° λ DE
= 31° + 79°
λ DH
, DE < 2.5 λ
, DH < 3 λ
(11.71)
⎧⎪⎪ψ ⎨ ⎪⎪⎩ ψ
加反射波，而导致馈线失配。
一、馈源和支撑杆对口径的遮挡
由于馈源、馈线和支撑杆在电磁波辐射的路径上形成遮挡，其影响相当于口 径面减小，见 P275 图 11-36，口径面的减小，使天线方向图的主瓣变宽，副瓣升 高，增益降低。
• 减小馈源的遮挡：比如馈源为喇叭，喇叭口径小则其照射波瓣就宽，f / D
就应小，但 f / D 太小照射均匀程度受影响，因此喇叭口径的选择要兼顾 f / D 的 选择。 f / D 大照射虽然均匀些，但喇叭照射波瓣要求尖锐些，喇叭口径就要大， 遮挡就大，要综合考虑选取。
合理选择尺寸 a1 及对称馈电，使 宽波导中只存在TE10 和TE30 。若宽波 导为有限长，则在口径内也有高次 模。但是以TE10 和TE30 为主。这两个 模的幅度可由盒形尺寸调节，此二模 的合成见图 11-19。
图 11-19 盒形馈源口径上 TE10 和 TE30 波的迭加
4. 振子型馈源
振子馈源有多种形式，见书上 P274 图 11-32，图 11-33，图 11-34。
275
276
《天线原理与设计》讲稿
王建
1. 反射面凹凸公差要求
见图 11-24，由焦点 F 发出的波径反射面反射到达一个参考平面上的两点 P
和 P′ 的波程差为
l = FM ′P′ − FMP = ρ + ρ cosψ
设未遮挡的原口径场分布为
EsD = E0[1 − (R / R0 )2 ]
(11.75)
由于 d D ，故遮挡的场看作是均匀分布的，即
Esd = E0
(11.76)
式(11.75)的口径分布产生的辐射场 ED (θ ) ，可由 P207 式(9.71)取 p=1 得到，即
ED
(θ
)
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
馈源的极化、频带宽度决定了抛物面天线得极化和带宽。即抛物面天线的 极化和带宽完全由馈源决定。 5. 功率容量、机械强度等的要求。
二、馈源的主要形式
1. 波导辐射器
z 矩形波导辐射器，主模TE10 。 z 圆形波导辐射器，主模TE11 。 圆波导口作馈源的优点：
（1） 圆波导口天线的 E 面和 H 面方向图差别不大，其立体方向图形状接近 旋转对称。
= 20 lg( EDs1 + Ed ) = 20 lg[ EDs1 + 2( d )2 ]
| ED (0) | | ED (0) |
| ED (0) | D
(11.81)
式中， ETs1 为合成场的第一副瓣值， EDs1 为未遮挡时方向图的第一副瓣值。如果
未遮挡时天线的副瓣电平已知，则可求出 | EDs1 | / | ED (0) | ，从而可计算有遮挡时 的天线副瓣电平SLL1。
所升高。
在θ
=
0 时， 2
J1(u) u
|u=0 = 1 ， Ed
(θ ) |θ =0 =
AE0π (d
/ 2)2
4
J 2 (u) u2
|u=0 =
1 2
，
ED
(θ
)
|θ =0 =
1 2
AE0π
(D
/
2) 2
Ed (0) 与 ED (0) 的比值为
Ed ED
(0) (0)
=
2(
d D
)2
(11.80)
5. 开槽天线馈源
见书上图 11-35。 振子型馈源和开槽天线馈源的馈电结构紧凑，遮挡小。
271
272
《天线原理与设计》讲稿
王建
其它还有，波纹喇叭馈源，高效率喇叭馈源，甚至可用 LPPA 天线作馈源。
11.9 抛物面与馈源的相互影响和克服方法
抛物面与馈源的相互影响是指：
• 馈源对抛物面天线的遮挡； • 抛物面所反射的能量一部分可能进入馈源，这将引起馈源传输线内产生附
⎞2 ⎟ ⎠
=
−10 ( 0.87 )2
≈
−7.57dB
上述计算过程，可由如图 11-17 来说明。
图 11-17 角锥喇叭馈源的波瓣宽度 计算
3. 盒形多模馈源
TE10 模传输的矩形波导，当其宽边变宽时，则将激励起高次模，如图 11-18 所示。
图 11-18 盒形馈源 TE10 和 TE30 模的合成
D 2
⎞2 ⎟⎠
Λ2[u] 2
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
D 2
⎞2 ⎟⎠
4
J2(β D sinθ / 2) (β D sinθ / 2)2
(11.77)
式(11.76)的均匀口径分布产生的远场 Ed (θ ) ，可由 P203 式(9.46)得到
Ed
(θ
)
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
d 2
⎞2 ⎟⎠
Λ1(u)
=
AE0π
王建
(11.69)
(11.70)
图 11-15 理想照射时的馈源归 一化方向图
现实中找不到理想均匀照射的馈源，但可设计馈源使其方向图逼近理想情 况。
n
对大多数馈源，其方向图 Ff (ψ ) ≈ cos2 ψ ，在最大增益情况下，馈源照射的 边缘电平为-11dB。 3. 馈源遮挡小。遮挡的影响使 G ↓, SLL ↑ 。 4. 馈源的极化、带宽。
⎛ ⎜⎝
d 2
⎞2 ⎟⎠
2
J1(β d sinθ β d sinθ /
/ 2) 2
(11.78)
式中， A = j e− jβr (1 + cosθ ) 。遮挡后的远区合成总辐射场为 2λr
ET (θ ) = ED (θ ) − Ed (θ )
(11.79)
当取 D / λ = 50 ，d / λ = 5 时，可画出 ED (θ ) 、- Ed (θ ) 和 ET (θ ) 的方向图，如 图 11-21 所示。从图中可以看出，- Ed (θ ) 在θ = 0o ~ 5o 范围内接近一条直线。合 成总辐射场 ET (θ ) 的主瓣最大值比未遮挡时的 ED (θ ) 的最大值有所降低，副瓣有
图 11-14 旋转抛物面天线的馈源的几 何特性
2. 馈源方向图旋转对称且副瓣尽可能低，且满足要求的边缘照射。 z 旋转对称： Ff (ψ ,ξ ) = Ff (ψ ) ；
z 满足要求的边缘照射。
如只要求最大增益，则馈源方向图应使抛物面口径得到均匀照射，并且全部 功率都投射到抛物面上。此时的馈源方向图是理想的均匀照射，其表示为
阴影区内的场为零。 这样，天线的辐射场可认为是没有遮挡时的辐射与被馈源所遮挡部分的辐 射之差。为了简化分析，设馈源为圆形口径，则其模型如图 11-20 所示，分析 时需要知道未遮挡时的口径场分布和遮挡后阴影区的口径场分布。
272
273
《天线原理与设计》讲稿
王建
图 11-20 馈源遮挡的近似分析模型
269
《天线原理与设计》讲稿
f
f
(ψ r′
)
=
⎧C ⎨⎩0
,0 ≤ψ ≤ψ0 , 其它
式中，
r′
=
f cos2 (ψ
2)
,
则归一化方向图函数为
Ff (ψ ) =
f
f (ψ Cf
)
=
⎧1
⎪ ⎨
cos2
(ψ
⎪⎩0
2)
,0 ≤ψ ≤ψ0 , 其它
理想均匀照射时的馈源归一化方向图如图 11-15 所示。
mH mE
2π λ
2π λ
⋅ DH2 8RH ⋅ DE2 8RE
=π 8
=π 8
,
RH
=
2
DH λ
,
RE
=
2
DE λ
(11.72)
若ψ 0
=
60° ， SA =
20 lg 1 + cosψ 0 2
=
−2.5dB ，考虑空间衰减，应取 2θ−7.5dB
=
2ψ 0 。
例如，当 λ = 3.2cm 时，可得到 P273 图 11-29 时的曲线，该曲线可由下式近似表
• 减小支撑杆的遮挡。合理选择支撑赶可使遮挡造成的增益损失小到
0.16dB。见 P278 。
二、抛物面反射波对馈源的影响。
馈源接收由反射面反射回来的反射波，将产生一个附加反射系数 R1，使馈线 中的反射系数模变为
R = R0 + R1
,
R1
=
Gf 4π
λ f
(11.74)
三、遮挡影响近似计算
遮挡影响可采用几何光学法近似分析。其思路为 (1) 确定遮挡体在口径上的几何阴影区，阴影区面积为遮挡面积； (2) 假设被遮挡的能量全部由遮挡体吸收，无反射，不影响照明区内的场分布，
0
：
f D
= 1 ctg ψ 0 42
→ψ 0
(4)
计算增益 G： G =
4π S λ2
g
,
g ≈ 0.83 (最佳值)
(5) 馈源的设计： 2ψ 0 = 2θ0.1 空间衰减： SA = 20 lg 1+ cosψ 0 2
11.8 旋转抛物面天线的馈源
一、对馈源的要求
馈源是反射面天线的组成之一，对抛物面天线来说，一旦其形状尺寸确定之 后，天线系统的性能就取决于馈源了。为了保证天线有良好的性能，一般对馈源 有如下要求： 1. 有一确定的“视在相位中心”(或称等效相位中心)，且置于焦点。使馈源的视 在相位中心放在抛物面的焦点上，这样可保证口径面为等相位面，见图 11-14。 否则，会使方向图畸变，增益下降。
(1) 加调配元件
可使馈线中的总线系数减小，仅适于窄带频带。
(2) 补偿法
采用顶片调配补偿。缺点，由于尺寸小，方向图宽，将干扰抛物面方向图，
274
275
《天线原理与设计》讲稿
王建
使副瓣上升，增益下降。见 P279 图 11-41。
(3) 偏置馈源法
这种方法是把馈源安装在反射面的反射波的作用范围之外，见图 11-22。
268
《天线原理与设计》讲稿
王建
*抛物面天线的简单设计过程
已知 λ 和 2θ0.5
(1)由主瓣宽度确定口径直径 D：
2θ0.5
≈ 70° λ D
→D
P264 式(11.45)
(2)由最佳焦径比确定焦距 f： R0 ≤ 1.3 , 2R0 = D ≤ 2.6 → f (长焦)
f
ff
(3)
确定馈源照射张角ψ
273
274
《天线原理与设计》讲稿
王建
图 11-21 ED (θ ) 、- Ed (θ ) 和 ET (θ ) 的方向图
• 有遮挡时的第一副瓣电平为
SLL1
=
20
lg
|
ETs1
ET (0
)
|
=
20
lg
|
EDs1 +
ED (0) |
| Ed | − | Ed
|
≈
20 lg
EDs1 + Ed
| ED (0) |
示
EdB = −10(θ /θ0.1)2
(11.73)
由图可查得 θ−7.5dB = 0.87 ，则得 θ −10 dB
2θ−10dB = θ2 −7.5dB 0.87 = 2ψ 0 0.87 = 120° 0.87 = 137.9°
270
271
《天线原理与设计》讲稿
王建
EdB
=
−10
⎛ ⎜ ⎝
θ −7.5 dB θ −10 dB
（3） 圆波导的副瓣和后瓣也比矩形波导的低。 若采用开口矩形波导作馈源，则应该改善其 H 面的方向图使其波瓣宽些以达 到均匀照射的目的。如采用带扩散棒的切角波导口。见 P273 图 11-27。
2. 喇叭馈源
实际应用中，旋转抛物面天线的馈源，大多采用喇叭天线，包括圆锥喇叭和
角锥喇叭。喇叭馈源的安装有各种形式，书上 P273 图 11-28 给出了两种形式。 为了保证喇叭馈源的方向图在主瓣的一个较大的范围内存在一个“视在相位
一、结构
根据电气特性和使用环境的要求不同，抛物面可做成实体、栅状、网状和实 体上打孔的反射面。波长为 3cm 以上波段一般采用实体。如卫星地面站天线、 射电天文等。波长为 5cm 以下的波段有时为了抗风力可做成网状。
二、公差
进行机械设计加工，一般都要求给出加工误差。如何设计估算加工误差与天 线的性能指标密切相关。
（2） 采用圆波导作馈源，能减小抛物面口径面上的感应电流交叉分量。因 为圆波导口本身的交叉极化分量和抛物面上产生的交叉极化分量是相 反的，见图 11-16。这将降低副瓣，提高增益。
269
270
《天线原理与设计》讲稿
王建
(a) 圆波导交叉极化
(b) 抛物面交叉极化
图 11-16 圆波导的寄生极化和抛物面的寄生极化
图 11-22 馈源偏置的抛物面天线
(4) 旋转极化面法
这种方法是使馈源辐射的电磁波经反射面后极化旋转 90° ，从而使馈源不能 接收反射波。
使极化旋转的方法是在反射面上安装许多倾斜的平行金属片。见图 11-23。
图 11-23 反射波极化的扭转
(5) 中心挖空或涂敷吸收材料 (见图 11-43)
11.10 抛物面天线的结构和设计公差
• 有遮挡时与无遮挡时的增益之比为
GT GD
=
[ED (0) − Ed (0)]2 ED2 (0)
= [1 − 2( d )2 ]2 D
(11.82)
用分贝表示为
10 lg GT GD
= 10 lg GT
− 10 lg GD
=
20 lg[1 − 2( d )2 ] D
由此式可计算增益下降了多少。
四、消除反射面的反射波对馈线线路的影响
中心”，则喇叭口径边缘的相位差ψ mH ,ψ mE ≤ π 8 。角锥喇叭馈源的-10dB 波瓣宽 度，可按下列经验公式计算。
⎧⎪⎪2θ0.1E ⎨ ⎪⎪⎩2θ0.1H
= 88° λ DE
= 31° + 79°
λ DH
, DE < 2.5 λ
, DH < 3 λ
(11.71)
⎧⎪⎪ψ ⎨ ⎪⎪⎩ ψ
加反射波，而导致馈线失配。
一、馈源和支撑杆对口径的遮挡
由于馈源、馈线和支撑杆在电磁波辐射的路径上形成遮挡，其影响相当于口 径面减小，见 P275 图 11-36，口径面的减小，使天线方向图的主瓣变宽，副瓣升 高，增益降低。
• 减小馈源的遮挡：比如馈源为喇叭，喇叭口径小则其照射波瓣就宽，f / D
就应小，但 f / D 太小照射均匀程度受影响，因此喇叭口径的选择要兼顾 f / D 的 选择。 f / D 大照射虽然均匀些，但喇叭照射波瓣要求尖锐些，喇叭口径就要大， 遮挡就大，要综合考虑选取。
合理选择尺寸 a1 及对称馈电，使 宽波导中只存在TE10 和TE30 。若宽波 导为有限长，则在口径内也有高次 模。但是以TE10 和TE30 为主。这两个 模的幅度可由盒形尺寸调节，此二模 的合成见图 11-19。
图 11-19 盒形馈源口径上 TE10 和 TE30 波的迭加
4. 振子型馈源
振子馈源有多种形式，见书上 P274 图 11-32，图 11-33，图 11-34。
275
276
《天线原理与设计》讲稿
王建
1. 反射面凹凸公差要求
见图 11-24，由焦点 F 发出的波径反射面反射到达一个参考平面上的两点 P
和 P′ 的波程差为
l = FM ′P′ − FMP = ρ + ρ cosψ
设未遮挡的原口径场分布为
EsD = E0[1 − (R / R0 )2 ]
(11.75)
由于 d D ，故遮挡的场看作是均匀分布的，即
Esd = E0
(11.76)
式(11.75)的口径分布产生的辐射场 ED (θ ) ，可由 P207 式(9.71)取 p=1 得到，即
ED
(θ
)
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
馈源的极化、频带宽度决定了抛物面天线得极化和带宽。即抛物面天线的 极化和带宽完全由馈源决定。 5. 功率容量、机械强度等的要求。
二、馈源的主要形式
1. 波导辐射器
z 矩形波导辐射器，主模TE10 。 z 圆形波导辐射器，主模TE11 。 圆波导口作馈源的优点：
（1） 圆波导口天线的 E 面和 H 面方向图差别不大，其立体方向图形状接近 旋转对称。
= 20 lg( EDs1 + Ed ) = 20 lg[ EDs1 + 2( d )2 ]
| ED (0) | | ED (0) |
| ED (0) | D
(11.81)
式中， ETs1 为合成场的第一副瓣值， EDs1 为未遮挡时方向图的第一副瓣值。如果
未遮挡时天线的副瓣电平已知，则可求出 | EDs1 | / | ED (0) | ，从而可计算有遮挡时 的天线副瓣电平SLL1。
所升高。
在θ
=
0 时， 2
J1(u) u
|u=0 = 1 ， Ed
(θ ) |θ =0 =
AE0π (d
/ 2)2
4
J 2 (u) u2
|u=0 =
1 2
，
ED
(θ
)
|θ =0 =
1 2
AE0π
(D
/
2) 2
Ed (0) 与 ED (0) 的比值为
Ed ED
(0) (0)
=
2(
d D
)2
(11.80)
5. 开槽天线馈源
见书上图 11-35。 振子型馈源和开槽天线馈源的馈电结构紧凑，遮挡小。
271
272
《天线原理与设计》讲稿
王建
其它还有，波纹喇叭馈源，高效率喇叭馈源，甚至可用 LPPA 天线作馈源。
11.9 抛物面与馈源的相互影响和克服方法
抛物面与馈源的相互影响是指：
• 馈源对抛物面天线的遮挡； • 抛物面所反射的能量一部分可能进入馈源，这将引起馈源传输线内产生附
⎞2 ⎟ ⎠
=
−10 ( 0.87 )2
≈
−7.57dB
上述计算过程，可由如图 11-17 来说明。
图 11-17 角锥喇叭馈源的波瓣宽度 计算
3. 盒形多模馈源
TE10 模传输的矩形波导，当其宽边变宽时，则将激励起高次模，如图 11-18 所示。
图 11-18 盒形馈源 TE10 和 TE30 模的合成
D 2
⎞2 ⎟⎠
Λ2[u] 2
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
D 2
⎞2 ⎟⎠
4
J2(β D sinθ / 2) (β D sinθ / 2)2
(11.77)
式(11.76)的均匀口径分布产生的远场 Ed (θ ) ，可由 P203 式(9.46)得到
Ed
(θ
)
=
AE0π
⎛ ⎜⎝
d 2
⎞2 ⎟⎠
Λ1(u)
=
AE0π
王建
(11.69)
(11.70)
图 11-15 理想照射时的馈源归 一化方向图
现实中找不到理想均匀照射的馈源，但可设计馈源使其方向图逼近理想情 况。
n
对大多数馈源，其方向图 Ff (ψ ) ≈ cos2 ψ ，在最大增益情况下，馈源照射的 边缘电平为-11dB。 3. 馈源遮挡小。遮挡的影响使 G ↓, SLL ↑ 。 4. 馈源的极化、带宽。
⎛ ⎜⎝
d 2
⎞2 ⎟⎠
2
J1(β d sinθ β d sinθ /
/ 2) 2
(11.78)
式中， A = j e− jβr (1 + cosθ ) 。遮挡后的远区合成总辐射场为 2λr
ET (θ ) = ED (θ ) − Ed (θ )
(11.79)
当取 D / λ = 50 ，d / λ = 5 时，可画出 ED (θ ) 、- Ed (θ ) 和 ET (θ ) 的方向图，如 图 11-21 所示。从图中可以看出，- Ed (θ ) 在θ = 0o ~ 5o 范围内接近一条直线。合 成总辐射场 ET (θ ) 的主瓣最大值比未遮挡时的 ED (θ ) 的最大值有所降低，副瓣有
图 11-14 旋转抛物面天线的馈源的几 何特性
2. 馈源方向图旋转对称且副瓣尽可能低，且满足要求的边缘照射。 z 旋转对称： Ff (ψ ,ξ ) = Ff (ψ ) ；
z 满足要求的边缘照射。
如只要求最大增益，则馈源方向图应使抛物面口径得到均匀照射，并且全部 功率都投射到抛物面上。此时的馈源方向图是理想的均匀照射，其表示为
阴影区内的场为零。 这样，天线的辐射场可认为是没有遮挡时的辐射与被馈源所遮挡部分的辐 射之差。为了简化分析，设馈源为圆形口径，则其模型如图 11-20 所示，分析 时需要知道未遮挡时的口径场分布和遮挡后阴影区的口径场分布。
272
273
《天线原理与设计》讲稿
王建
图 11-20 馈源遮挡的近似分析模型