1、3 拋物面天線基礎(chǔ)理論3.1 拋物面天線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求常用的拋物面天線從結(jié)構(gòu)上看，主要由兩部分構(gòu)成：照射器：由一些弱方向性天線來(lái)?yè)?dān)當(dāng)，像短點(diǎn)對(duì)稱振子天線、喇叭天線，其作用是把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波并投射到拋物面上。拋物面：它一般由導(dǎo)電性能較好的鋁合金板構(gòu)成，其厚度為1.53mm，或者用玻璃鋼構(gòu)成主拋物面，然后在其內(nèi)表面粘貼一層金屬網(wǎng)或金屬欄。網(wǎng)孔的最大直徑要求小于，過(guò)大將造成對(duì)電磁波的漏射現(xiàn)象，影響天線的正常工作性能。其作用是構(gòu)成天線輻射場(chǎng)方向性的主要部分，由兩部分構(gòu)成的天線結(jié)構(gòu)原理如圖所示：3.1.2 拋物面的幾何尺寸及特性一般用于面天線反射面的拋物面，都具有以

2、剖面圖6-6-1中的z軸為中心呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。在剖面圖中，把o稱為拋物面的頂點(diǎn)，F(xiàn)稱為拋物面的焦點(diǎn)，稱為拋物面的張角，是從焦點(diǎn)F到口面邊沿射線與OF軸線的夾角；D=2R稱為拋物面口面直徑，R為口面半徑；為焦點(diǎn)F到反射面上任意點(diǎn)的距離。由拋物面的定義可知：此關(guān)系式是以焦點(diǎn)F為極坐標(biāo)原點(diǎn)得出的拋物線方程，由此可進(jìn)一步得到：由圖6-6-1還可得到：把口面直徑代入6-6-3可得到：，或者3.1.3 拋物面天線的工作原理根據(jù)拋物面的集合特性，可以得到拋物面的兩個(gè)重要性質(zhì)： （1）由焦點(diǎn)F發(fā)出的射線，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面反射后，反射線互相平行，且都平行于其軸線OF，即。反過(guò)來(lái)，平行于OF軸線的射線，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面

3、的反射作用，其反射線均匯聚于其焦點(diǎn)處。（2）由焦點(diǎn)發(fā)出的射線，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)拋物面反射到達(dá)口面時(shí)，其長(zhǎng)度相等，即： 6-6-3這說(shuō)明，由焦點(diǎn)F發(fā)出的射線，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面反射后，每條射線路程均相等。根據(jù)以上兩條可以得到，當(dāng)把照射器置于焦點(diǎn)位置，并使照射器的相位中心與拋物面焦點(diǎn)重合，照射器輻射出的球面波經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面反射后，在口面上將轉(zhuǎn)變成平面波，使拋物面天線口面場(chǎng)形成均勻分布。由前面討論結(jié)果得知，均勻口面場(chǎng)必將產(chǎn)生強(qiáng)方向性輻射場(chǎng)，這就是利用旋轉(zhuǎn)拋物面產(chǎn)生強(qiáng)方向性輻射場(chǎng)的原理所在。當(dāng)然，如果把旋轉(zhuǎn)拋物面天線用作接收，入射波又是平面波形式，經(jīng)拋物面反射后，就會(huì)把平面波轉(zhuǎn)換成球面波傳送到位于焦點(diǎn)位置的照射器，形

4、成聚集接收，增加照射器接收信號(hào)的強(qiáng)度。3.2 拋物面天線的口徑場(chǎng)和輻射場(chǎng)分布與方向性3.2.1 口徑場(chǎng)分布拋物面天線口面場(chǎng)分布情況，直接決定著整個(gè)拋物面天線輻射場(chǎng)的方向性。而口面場(chǎng)分布情況又由照射器、反射面共同來(lái)決定。對(duì)于實(shí)際使用的長(zhǎng)焦距拋物面天線，不管采用振子型照射器，還是喇叭天線照射器，造成拋物面天線口面場(chǎng)分布都具有圖6-6-3所示的分布特征。 由圖6-6-3可見(jiàn)，在實(shí)際拋物面天線口面上，其口面場(chǎng)分布不是嚴(yán)格的單一方向線極化波，而是含有兩個(gè)場(chǎng)分量，只是分量遠(yuǎn)大于分量。為此我們把稱為主極化分量，稱為交叉極化分量。如照射器輻射功率為，方向性系數(shù)為D，口面場(chǎng)主極化分量與二者的關(guān)系為：由圖6-6-

5、4可見(jiàn)，隨著，也就是由口面中心向外，距越遠(yuǎn)，Esy數(shù)值越小。換言之，口面場(chǎng)的主極化分量數(shù)值隨著離口面中心距離增大，數(shù)值變小。這說(shuō)明實(shí)際使用的拋物面天線口面場(chǎng)并非真正的均勻分布結(jié)構(gòu)。在已知拋物面的主極化分量Esy后，把它代入面天線輻射場(chǎng)表示式中，并對(duì)具體的拋物面口面進(jìn)行積分運(yùn)算，就可的到拋物面天線的輻射場(chǎng)和方向函數(shù)。3.2.2 拋物面天線輻射場(chǎng)的方向性3.3 拋物面天線的技術(shù)要求3.3.1 對(duì)照射器的要求依據(jù)上面5條，工程中常采用下面幾種照射器：采用波導(dǎo)饋電的振子型照射器采用波導(dǎo)饋電的振子型照射器的結(jié)構(gòu)原理如圖6-6-4所示。為了減弱波導(dǎo)口對(duì)振子型照射器方向圖的遮擋影響，把波導(dǎo)窄邊逐漸變窄形成一

6、過(guò)渡段，就可以達(dá)到這一目的。同時(shí)也為了改善振子型照射器方向圖的對(duì)稱性，常在金屬薄板的寬邊上平行安置“兩對(duì)”電對(duì)稱振子構(gòu)成四振子照射器，如圖6-6-4所示，這樣就可利用雙振子照射器（四振子天線陣）H面方向圖比E面方向圖主波瓣寬的特性，保證照射器能量均勻射向拋物面方向。 3.3.2 照射器對(duì)反射面的影響（1）照射器對(duì)反射面產(chǎn)生的遮擋影響 選用照射器時(shí)，如果尺寸過(guò)大，將會(huì)產(chǎn)生對(duì)反射面二次輻射場(chǎng)的遮擋，降低口面場(chǎng)分布的均勻程度，輻射場(chǎng)主瓣變寬，副瓣電平升高，方向系數(shù)D下降。解決措施是： A、采用高效照射器； B、采用后饋式饋電方式； C、采用斜饋式饋電方式，其原理如圖6-6-6所示。（2）照射器安裝公

7、差對(duì)輻射場(chǎng)的影響縱向偏焦 縱向偏焦指的是照射器雖安裝在中心線上，但其相位中心不在拋物面的焦點(diǎn)位置，而是靠近或遠(yuǎn)離了焦點(diǎn)位置，如圖6-6-7所示。橫向偏焦3.3.3 反射面對(duì)照射器的影響反射面對(duì)照射器的影響，主要是經(jīng)反射面的作用，把一部分電磁波投射到照射器上，也相當(dāng)于被照射器再次吸收。照射器通過(guò)波導(dǎo)管與發(fā)射機(jī)相連，它吸收的這部分能量將通過(guò)波導(dǎo)管反傳給發(fā)射機(jī)，其結(jié)果相當(dāng)于照射器改變了饋電波導(dǎo)管的輸入阻抗，造成照射器與饋線之間的阻抗失配，在饋線中產(chǎn)生大量駐波成份。駐波的出現(xiàn)相當(dāng)于波導(dǎo)管的傳輸效率下降，直接影響面天線輻射功率的有效輸出。解決這一問(wèn)題的技術(shù)措施主要有：補(bǔ)償法的特點(diǎn)是：工作頻帶是中等的，對(duì)直徑為1.5米、焦距為0.573米的拋物面天線，駐波比小于1.4時(shí)，其工作頻帶為（29003400）MHz。 金屬圓盤(pán)產(chǎn)生的反射場(chǎng)和拋物面其余部分產(chǎn)生的反射場(chǎng)存在相位差，造成整個(gè)拋物面天線輻射場(chǎng)主瓣電平稍有下降，增益稍有減小。相當(dāng)于口面場(chǎng)振幅作非均勻分布的結(jié)果（2）中心挖孔或敷設(shè)吸收材料（3）旋轉(zhuǎn)極化面法3.3.4 反射面技術(shù)公差對(duì)輻射場(chǎng)的影響反射面的技術(shù)公差主要是指在制造或運(yùn)輸過(guò)程中