信息74-76天线讲义21抛物面

2023/4/5§6-8抛物面天线线状天线：电流沿直线或曲线状的天线体分布，且天线尺寸为几分之一或数个波长。面状天线：电流沿天线体的金属表面分布，且天线口面尺寸远大于工作波长，多用于微波波段。面状天线一般由两部分构成：其一是初级辐射器，它的作用是把传输线送来的高频电流转变成辐射的电磁波能量；另一组成部分是尺寸远大于波长的金属面，它的作用是形成具有强方向性天线波束。初级辐射器金属面2023/4/5抛物面天线

众所周知，光波是频率很高的电磁波，因而研究微波天线时，自然会想到在光学所采用的方法。抛物面天线的工作原理与探照灯相类似。

照射器（通常也称为馈源）是一种弱方向性天线，是安装在抛物面焦点上的，它把高频电流（或导波）能量转换成电磁波能量并投向抛物面，而抛物面则把照射器投射过来的电磁波沿抛物面的轴线方向反射出去，从而获得很强的方向性。这种具有很强方向性的抛物面天线广泛地应用于微波段的通讯、雷达、制导和射电天文等领域，是一种最重要的面状天线。

抛物面天线的几何结构2023/4/5一、抛物面天线的几何关系式和几何光学性质

2023/4/5抛物面方程2023/4/5两个重要的光学性质：第一，由焦点发出的射线经抛物面反射后，反射线都平行于Z轴；反之，当平行光线沿Z轴向抛物面入射时，则被抛物面反射而聚焦于焦点F。第二，过焦点F作垂于Z轴的平面，则位于焦点F的光源发出的各条射线经抛物面反射后到达该平面时所走的全部路径的长度统统相等。如果与x轴相垂直的平面不通过焦点F，总路径的长度仍为一常数，只不过是2f加上或减去一段距离。结论：位于焦点F的源所辐射的球面波经抛物面反射后成为一束平面波，其等相位面就是垂直于抛物面轴线的平面。2023/4/5二、抛物面天线的辐射特性（一）分析方法

由第四章讲述的惠更斯—菲涅尔原理可知，抛物面天线的辐射场可以用包围天线的任意封闭面(s1十s2)上各级次波源产生的辐射场来计算。对于具体的抛物面天线，把s1选为金属反射面的外表面；把s2面选为抛物面的开口面。这样选择的优点在于：在曲面s1上各点的辐射场为零；在口面s2上各点的场相位相同。于是，可以方便地利用第四章讲述的具有同相场的圆口面辐射公式来计算天线的辐射场。顺使指出，抛物面天线的辐射场也可以用另一种方法来计算，即首先算出照射器辐射的电磁场在抛物面上感应的电流，知道了这些电流分布布，再按基本电流元的辐射迭加来求得天线的辐射场。2023/4/5（二）抛物面天线口面场分布为简单起见，先假设：第一、照射器辐射理想球面波第二、照射器后向辐射为零第三、抛物面焦距远大于波长，抛物面位于照射器的远区，即照射器对抛物面的照射图形与其在自由空间的方向图相同。第四、抛物反射面是旋转对称的，照射器的方向图也是旋转对称的,即只是的函数2023/4/5典型照射器的方向函数可用下式来逼近：N值越大，方向函数变化越快，方向图越尖锐2023/4/52023/4/5幅度大小2023/4/5口面场是同相不等幅分布1）如果照射器是一个无方向性的点源，即2023/4/5口面场的极化图中给出了抛物面天线口面场的典型分布，与馈源极化相对应的称为主极化分量，而称为交叉极化分量，而且，主极化分量在口面各点上都同方向，交叉极化分量在以Y为对称轴或以X轴为对称轴的点的位置上，大小相等方向相反。显然，在抛物面天线的两个主平面上，口面上交叉极化分量的总贡献为零，因此，只有在讨论通过在Z轴的其它平面方向图时，才需要考虑交叉极化分量的影响。

2023/4/5（三）抛物面天线的方向图2023/4/5实际上，因为:（1）加工误差是绝对存在的客观事实。不可能得到理想的抛物反射面;（2）照射器并非是辐射球面波的理想点源，且在安装时也不可能绝对地落在焦点F上；（3）金属导体外表面S`上有一定的面电流存在，这部分面电流必将产生一定的附加辐射；（4）照射器是安装在口面正前方的，它必将对口面的辐射起着遮挡的作用。由于这些因素，将使抛物面天线的主瓣有所增宽，旁瓣电平有所提高。在实际工作中,一般可取为知道口面上的场分布，理论上可求得半功率角和旁瓣电平为：2023/4/5抛物面口面的方向系数（四）口面利用系数2023/4/5口面利用系数2023/4/5（五）截获系数2023/4/5g最佳照射时口面边沿比口面中间的功率低11分贝,这时:最佳照射时的张角0.83（六）抛物面天线的方向系数2023/4/51）实际的照射器方向图一般并不完全对称，在的空间也有辐射；2）照射器和它的支杆对口面的辐射有遮挡效应；3）反射面表面实际上由于机械误差总非均匀理想抛物面；4）照射器不能辐射理想球面波或准确安装在焦点上而使口面场不完全同相；总之，这些