信息74-76天線講義21拋物面

2023/4/5§6-8拋物面天線線狀天線：電流沿直線或曲線狀的天線體分布，且天線尺寸為幾分之一或數(shù)個波長。面狀天線：電流沿天線體的金屬表面分布，且天線口面尺寸遠大于工作波長，多用于微波波段。面狀天線一般由兩部分構(gòu)成：其一是初級輻射器，它的作用是把傳輸線送來的高頻電流轉(zhuǎn)變成輻射的電磁波能量；另一組成部分是尺寸遠大于波長的金屬面，它的作用是形成具有強方向性天線波束。初級輻射器金屬面2023/4/5拋物面天線

眾所周知，光波是頻率很高的電磁波，因而研究微波天線時，自然會想到在光學(xué)所采用的方法。拋物面天線的工作原理與探照燈相類似。

照射器（通常也稱為饋源）是一種弱方向性天線，是安裝在拋物面焦點上的，它把高頻電流（或?qū)Рǎ┠芰哭D(zhuǎn)換成電磁波能量并投向拋物面，而拋物面則把照射器投射過來的電磁波沿拋物面的軸線方向反射出去，從而獲得很強的方向性。這種具有很強方向性的拋物面天線廣泛地應(yīng)用于微波段的通訊、雷達、制導(dǎo)和射電天文等領(lǐng)域，是一種最重要的面狀天線。

拋物面天線的幾何結(jié)構(gòu)2023/4/5一、拋物面天線的幾何關(guān)系式和幾何光學(xué)性質(zhì)

2023/4/5拋物面方程2023/4/5兩個重要的光學(xué)性質(zhì)：第一，由焦點發(fā)出的射線經(jīng)拋物面反射后，反射線都平行于Z軸；反之，當平行光線沿Z軸向拋物面入射時，則被拋物面反射而聚焦于焦點F。第二，過焦點F作垂于Z軸的平面，則位于焦點F的光源發(fā)出的各條射線經(jīng)拋物面反射后到達該平面時所走的全部路徑的長度統(tǒng)統(tǒng)相等。如果與x軸相垂直的平面不通過焦點F，總路徑的長度仍為一常數(shù)，只不過是2f加上或減去一段距離。結(jié)論：位于焦點F的源所輻射的球面波經(jīng)拋物面反射后成為一束平面波，其等相位面就是垂直于拋物面軸線的平面。2023/4/5二、拋物面天線的輻射特性（一）分析方法

由第四章講述的惠更斯—菲涅爾原理可知，拋物面天線的輻射場可以用包圍天線的任意封閉面(s1十s2)上各級次波源產(chǎn)生的輻射場來計算。對于具體的拋物面天線，把s1選為金屬反射面的外表面；把s2面選為拋物面的開口面。這樣選擇的優(yōu)點在于：在曲面s1上各點的輻射場為零；在口面s2上各點的場相位相同。于是，可以方便地利用第四章講述的具有同相場的圓口面輻射公式來計算天線的輻射場。順使指出，拋物面天線的輻射場也可以用另一種方法來計算，即首先算出照射器輻射的電磁場在拋物面上感應(yīng)的電流，知道了這些電流分布布，再按基本電流元的輻射迭加來求得天線的輻射場。2023/4/5（二）拋物面天線口面場分布為簡單起見，先假設(shè)：第一、照射器輻射理想球面波第二、照射器后向輻射為零第三、拋物面焦距遠大于波長，拋物面位于照射器的遠區(qū)，即照射器對拋物面的照射圖形與其在自由空間的方向圖相同。第四、拋物反射面是旋轉(zhuǎn)對稱的，照射器的方向圖也是旋轉(zhuǎn)對稱的,即只是的函數(shù)2023/4/5典型照射器的方向函數(shù)可用下式來逼近：N值越大，方向函數(shù)變化越快，方向圖越尖銳2023/4/52023/4/5幅度大小2023/4/5口面場是同相不等幅分布1）如果照射器是一個無方向性的點源，即2023/4/5口面場的極化圖中給出了拋物面天線口面場的典型分布，與饋源極化相對應(yīng)的稱為主極化分量，而稱為交叉極化分量，而且，主極化分量在口面各點上都同方向，交叉極化分量在以Y為對稱軸或以X軸為對稱軸的點的位置上，大小相等方向相反。顯然，在拋物面天線的兩個主平面上，口面上交叉極化分量的總貢獻為零，因此，只有在討論通過在Z軸的其它平面方向圖時，才需要考慮交叉極化分量的影響。

2023/4/5（三）拋物面天線的方向圖2023/4/5實際上，因為:（1）加工誤差是絕對存在的客觀事實。不可能得到理想的拋物反射面;（2）照射器并非是輻射球面波的理想點源，且在安裝時也不可能絕對地落在焦點F上；（3）金屬導(dǎo)體外表面S`上有一定的面電流存在，這部分面電流必將產(chǎn)生一定的附加輻射；（4）照射器是安裝在口面正前方的，它必將對口面的輻射起著遮擋的作用。由于這些因素，將使拋物面天線的主瓣有所增寬，旁瓣電平有所提高。在實際工作中,一般可取為知道口面上的場分布，理論上可求得半功率角和旁瓣電平為：2023/4/5拋物面口面的方向系數(shù)（四）口面利用系數(shù)2023/4/5口面利用系數(shù)2023/4/5（五）截獲系數(shù)2023/4/5g最佳照射時口面邊沿比口面中間的功率低11分貝,這時:最佳照射時的張角0.83（六）拋物面天線的方向系數(shù)2023/4/51）實際的照射器方向圖一般并不完全對稱，在的空間也有輻射；2）照射器和它的支桿對口面的輻射有遮擋效應(yīng)；3）反射面表面實際上由于機械誤差總非均勻理想拋物面；4）照射器不能輻射理想球面波或準確安裝在焦點上而使口面場不完全同相；總之，這些