1、不同類型的拋物面天線介紹及工作原理一、普通拋物面天線普通拋物面天線的結構如圖3-1所示。饋源是一種弱方向性天線，安裝在拋物面前方的焦點位置上, 故普通拋物面天線又稱為前饋天線。由饋源輻射出來的球面波被拋物面往一個方向（天線軸向）反射，形 成尖銳的波束，這種情況與探照燈極為相似。圖3-1普通拋物面天線的結構圖 圖3-2普通拋物面天線的幾何關系圖拋物面是由拋物線繞它的軸線（z軸）旋轉而成的，如圖3-2所示。在yoz平面上，以F為焦點, O為頂點的拋物線方程為：=4fz&為焦距）相應的立體坐標方程為：戲為了便于分析，也可引入極坐標。令極坐標系（p，屮）的原點與焦點F重合，則相應的旋轉拋 2/P -

2、物面的方程可表示為：1 +匚 0設D為拋物面口徑的直徑，2為口徑對焦點所張的角（簡稱口徑張角），由上述關系式可導出決定了 _1心磯 cfg 拋物面口徑張角的拋物面焦徑比：口焦徑比的大小表征了拋物面的結構特征，f/D越大，口徑張角越小，拋物面越淺，加工就容易，但 饋源離主反射面越遠，天線的抗干擾能力就越差，反之亦然。拋物面具有如下重要的幾何光學特性：由焦點發(fā)出的各光線經拋物面反射，其反射線都平行于 z軸；反之，當平行光線沿z軸入射時，則被拋物面反射而聚焦于F點。其原因是，由焦點發(fā)出的各光 線經拋物面反射后到達口徑面的行程相等（這一結論可利用拋物線的以下性質來證明：從拋物線任一點 到焦點的距離等于

3、該點到準線的距離）。微波的傳播特性與光相似，因此，位于焦點F的饋源所輻射的電磁波經拋物面反射后，在拋物 面口徑上得到同相波陣面，使電磁波沿天線軸向傳播。如果拋物面口徑尺寸為無限大，那么拋物面就把 球面波變?yōu)槔硐肫矫娌ǎ芰恐谎貁軸正方向傳播，其它方向輻射為零。但實際上拋物面的口徑是有限 的，這時天線的輻射是波源發(fā)出的電磁波通過口徑面的繞射，它類似于透過屏上小孔的繞射，因而得到 的是與口徑大小及口徑場分布有關的窄波波束。二、偏饋天線前饋拋物面天線的饋源位于天線的主波束內，因而對所接收的電磁波形成了遮擋，其結果降低 了天線的增益，增大了旁瓣。將饋源移出天線反射面的口徑，可消除饋源及其支撐物對電磁波

4、的遮擋。 圖3-3示出了偏饋反射面天線的結構示意圖。實際上，偏饋反射面是在旋轉拋物反射面上截取一部分而構成的。它同樣可將焦點發(fā)出的球面 波轉換成沿軸向傳播的平面波。饋源的相位中心仍放在原拋物面的焦點上，但饋源的最大輻射須指向偏 饋反射面的中心。盡管反射面的輪廓呈橢圓型，但它的口徑仍是一個圓。此外，對于偏饋天線而言，電 磁波的最大輻射方向并不在偏饋反射面的法向，而是與法向成一定的夾角。這一特點也是偏饋天線的另/ cos + cos一特色，如圖3-4所示。對于偏饋天線有。也式中，屮o是拋物面軸線與焦點到反面中心聯(lián)線的夾角。反射面在這條中心兩旁張成2屮e的角度。主反射面圖3-3偏饋天線的結構圖圖3-

5、4偏饋反射面天線的幾何關系圖偏饋天線的最大特點是旁瓣小。當反射面邊緣的照射錐削為1520dB時，偏饋天線的旁瓣電平 要比前饋天線改善810dB。由于饋源避開了來自反射面的回波，因而也改善了天線的駐波比。此外， 在緯度較高地區(qū)接收衛(wèi)星電視，偏饋天線的反射面與地面幾乎垂直，不易積聚雨雪，這也是很有特色的, 因此，在小口徑衛(wèi)星直播電視接收系統(tǒng)中被廣泛采用。但偏饋天線的結構的不對稱會產生較高的交叉極 化輻射，且隨著天線的口經增大，饋源與反射面的距離也變得很大，反射面的非對稱性也給加工帶來困 難，故在大天線中較少采用。三、卡塞格倫天線卡塞格倫天線的結構與普通拋物面天線的差別，不僅在于多了一個副反射面，而

6、且把饋源安裝 到了主反射面后面上，如圖3-5所示。故有時也把卡塞格倫天線稱為后饋天線。圖3-5卡塞格倫天線的結構圖卡塞格倫天線是一種雙反射面天線，其主反射面是旋轉拋物面，副反射面是旋轉雙曲面。雙曲面有2個焦點：F1和F2,其中F1與主反射面的焦點重合，F(xiàn)2點放置饋源。圖3-6示出了卡塞格倫天線f 1 “ %=-ctg D 42C cos % + cos Bq的幾何關系，各個參數(shù)之間的關系如下:Ds的幾何關系，各個參數(shù)之間的關系如下:Ds卡塞格倫天線的工作原理是，根據(jù)雙曲面的性質，由F2發(fā)出的電磁波被副面反射，其反射的電 磁波方向可以看成是共軛焦點F1發(fā)出的射線方向。又因為F1是拋物面的焦點，所以，由F2發(fā)出的電磁 波經副反射面和主反射面反射后，在口徑面形成同相場，從而得到平行于軸向的電磁輻射波。雙反射面的優(yōu)點之一在于可以采用賦形技術。如果修正旋轉雙曲面的形狀，使口徑場分布符合要求, 同時適當?shù)?/p>