3 抛物面天线基础理论

3.1 抛物面天线的结构特点与工作原理 3.1.1 结构特点和要求

常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分构成：

照射器：由一些弱方向性天线来担当，像短点对称振子天线、喇叭天线，其作用是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。

抛物面：它一般由导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5—3mm，或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栏。网孔的最大直径要求小于

?10?8，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。其作用是构成天线

辐射场方向性的主要部分，由两部分构成的天线结构原理如图所示：

3.1.2 抛物面的几何尺寸及特性

一般用于面天线反射面的抛物面，都具有以剖面图6-6-1中的z轴为中心呈旋转对称式结构。在剖面图中，把o称为抛物面的顶点，F称为抛物面的焦点，?0称为抛物面的张角，是从焦点F到口面边沿射线与OF轴线的夹角；D=2R称为抛物面口面直径，R为口面半径；?为焦点F到反射面上任意点的距离。

由抛物面的定义可知：

2f????cos???(1?cos?)

此关系式是以焦点F为极坐标原点得出的抛物线方程，由此可进一步得到：

??2f

1?cos?由图6-6-1还可得到：

y??sin??tg??2fsin??2ftg?1?cos?sin?1?cos?

把口面直径y?D?R,???0代入6-6-3可得到： 2D?f11 ?2ftg，或者??22D4tg?02

3.1.3 抛物面天线的工作原理

根据抛物面的集合特性，可以得到抛物面的两个重要性质：

（1）由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，反射线互相平行，且都平行于其轴线OF，即MN//M'N'//OF。反过来，平行于OF轴线的射线，经旋转抛物面的反射作用，其反射线均汇聚于其焦点处。

（2）由焦点发出的射线，经由旋转抛物面反射到达口面时，其长度相等，即： FM?MN?FM'?M'N' 6-6-3

这说明，由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，每条射线路程均相等。

根据以上两条可以得到，当把照射器置于焦点位置，并使照射器的相位中心与抛物面焦点重合，照射器辐射出的球面波经旋转抛物面反射后，在口面上将转变成平面波，使抛物面天线口面场形成均匀分布。由前面讨论结果得知，均匀口面场必将产生强方向性辐射场，

这就是利用旋转抛物面产生强方向性辐射场的原理所在。

当然，如果把旋转抛物面天线用作接收，入射波又是平面波形式，经抛物面反射后，就会把平面波转换成球面波传送到位于焦点位置的照射器，形成聚集接收，增加照射器接收信号的强度。

3.2 抛物面天线的口径场和辐射场分布与方向性 3.2.1 口径场分布

抛物面天线口面场分布情况，直接决定着整个抛物面天线辐射场的方向性。而口面场分布情况又由照射器、反射面共同来决定。对于实际使用的长焦距抛物面天线，不管采用振子型照射器，还是喇叭天线照射器，造成抛物面天线口面场分布都具有图6-6-3所示的分布特征。

由图6-6-3可见，在实际抛物面天线口面上，其口面场分布不是严格的单一方向线极化波，而是含有Esy和Esx两个场分量，只是Esy分量远大于Esx分量。为此我们把Esy称为主极化分量，Esx称为交叉极化分量。

如照射器辐射功率为P?，方向性系数为D，口面场主极化分量与二者的关系为：

cos2Esy?60P?Df?2?60P?D???2ff?1?cos?cos2?2

由图6-6-4可见，随着??,Esy?，也就是由口面中心O'向外，距O'越远，Esy数值越小。换言之，口面场的主极化分量数值随着离口面中心O'距离增大，数值变小。这说明实际使用的抛物面天线口面场并非真正的均匀分布结构。在已知抛物面的主极化分量Esy后，把它代入面天线辐射场表示式中，并对具体的抛物面口面进行积分运算，就可的到抛物面天线的辐射场和方向函数。

3.2.2 抛物面天线辐射场的方向性