抛物面天线基础理论
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理 普通抛物面天线的结构如图3-1所示。馈源是一种弱方向性天线，安装在抛物面前方的焦点位置上，故普通抛物面天线又称为前馈天线。由馈源辐射出来的球面波被抛物面往一个方向(天线轴向)反射，形成尖锐的波束，这种情况与探照灯极为相似。 图 3-1 普通抛物面天线的结构图图 3-2 普通抛物面天线的几何关系图 抛物面是由抛物线绕它的轴线(z轴)旋转而成的，如图3-2所示。在yoz平面上，以F为焦点，O 为顶点的抛物线方程为： 相应的立体坐标方程为： 为了便于分析，也可引入极坐标。令极坐标系(ρ，ψ) 的原点与焦点F重合，则相应的旋转抛物面的方程可表示为： 设D为抛物面口径的直径，为口径对焦点所张的角(简称口径张角)，由上述关系式可导出决定抛物面口径张角的抛物面焦径比： 焦径比的大小表征了抛物面的结构特征，f/D越大，口径张角越小，抛物面越浅，加工就容易，但馈源离主反射面越远，天线的抗干扰能力就越差，反之亦然。 抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。
微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。 3.2.2 偏馈天线 前馈抛物面天线的馈源位于天线的主波束内，因而对所接收的电磁波形成了遮挡，其结果降低了天线的增益，增大了旁瓣。将馈源移出天线反射面的口径，可消除馈源及其支撑物对电磁波的遮挡。图3-3示出了偏馈反射面天线的结构示意图。 实际上，偏馈反射面是在旋转抛物反射面上截取一部分而构成的。它同样可将焦点发出的球面波转换成沿轴向传播的平面波。馈源的相位中心仍放在原抛物面的焦点上，但馈源的最大辐射须指向偏馈反射面的中心。尽管反射面的轮廓呈椭圆型，但它的口径仍是一个圆。此外，对于偏馈天线而言，电磁波的最大辐射方向并不在偏馈反射面的法向，而是与法向成一定的夹角。这一特点也是偏馈天线的另一特 色，如图3-4所示。对于偏馈天线有式中，ψo是抛物面轴线与焦点到反面中心联线的夹角。反射面在这条中心两旁张成2ψe的角度。 图 3-3 偏馈天线的结构图 图 3-4 偏馈反射面天线的几何关系图
毫米波多波束抛物面天线分析和设计X
文章编号:1001-2486(2002)01-0063-04 毫米波多波束抛物面天线分析和设计 X 尹家贤,刘克成,刘培国,毛钧杰 (国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙 410073)摘 要:首先应用FDTD 对毫米波多波束波导裂缝馈源进行分析计算,讨论了馈电波导及辐射缝结构 对馈源方向图的影响,然后用物理光学法由抛物面上电流计算抛物面天线方向图,方向图的计算结果和测试结果相当吻合,这证明方法的有效性。 关键词:FDTD;抛物面天线;多波束天线 中图分类号:TN82 文献标识码:A Analysis and Design of mm_wave Multibeam Paraboloidal Reflec tor Antenna YIN Jia -xian,LIU Ke -cheng,LIU pe-i guo,MAO jun -jie (College of Electronic Science and Engineeri ng,National Univ.of Defens e Technology,Changs ha 410073,Chi na) Abstract:The fini te -difference time -domain method (FDTD)is used to analyze the slots feed of paraboloidal reflector antenna 1The effects of feed waveguide and shape of radiation slots on feed patterns are also discussed 1The paraboloidal reflector an tenna patterns are presented by using physical op tics,and the numerical results are compared wi th experi mental results,and the comparison shows excellent agreement over a wide angle 1 Key words:FDTD;paraboloidal reflector antenna;multibeam antenna 多波束抛物面天线在雷达、微波通讯系统、无线电天文学等领域有广泛的应用,其分析设计方法以几何光学和物理光学为主[1]。由于抛物面是电大尺寸,用这种方法计算是合理的。但是对于馈源和馈电结构来说,其尺寸往往是波长的量级,并且馈电和支撑结构往往成为二次辐射源,用物理光学法很难计算。矩量法虽可得到较为精确的结果,但由于结构的复杂性,计算也相当困难,还未见到公开发表的文献。本文应用目前在电磁计算领域最流行的、也是功能比较强大的电磁场数值计算方法)))时域有限差分法(FDTD)[2]分析计算馈源及馈电结构,然后用物理光学法计算多波束抛物面天线各波束的方向图。我们发现这种混合方法能明显改进精度,为抛物面天线设计的优化提供了新的途径。1 天线结构 本文所讨论的算例是一个毫米波多波束抛物面天线,直径波长比D/K U 15,采用前馈抛物面的形式,如图1所示,这种馈电方式结构较为紧凑,对称性好,阻挡小,作为小口径天线的应用较为合理。受毫米波传输线的限制,馈线采用波导形式,馈电波导的尺寸和馈电缝的结构作为优选参量,研究天线的辐射性能。 2 计算方法 211 馈源方向图计算 21111 馈源FDTD 模型 如图2所示,馈源完全被计算的网格空间所包围,网格的四周为完全匹配吸收层(PML)[3],计 X 收稿日期:2001-08-30基金项目:国家自然科学基金资助项目(59972042)作者简介:尹家贤(1964)),男,副教授,在职博士生。 第24卷第1期国 防 科 技 大 学 学 报J OURNA L OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNOLOGY Vol 124No 112002
抛物面天线的工作原理
面天线的结构和工作原理 一、抛物面天线 （一）抛物面天线的结构 常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分组成： 照射器，由一些弱方向性天线来担当，想短电对称振子天线，喇叭天线。 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，它一般有导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5-3（mm），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栅栏。网孔的最大值要求小于λ/8-λ/10，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。 作用：构成天线辐射场方向性的主要部分。 图 1-1 普通抛物面天线的结构图图 1-2 普通抛物面天线的几何关系图（二）工作原理 抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。 微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。 二、卡塞格伦天线
（一）卡塞格伦天线的结构 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，其主反射面是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面。卡塞格伦天线的结构与普通抛物面天线的差别，不仅在于多了一个副反射面，而且把馈源安装到了主反射面后面上，如图1-3所示。故有时也把卡塞格伦天线称为后馈天线。 图 1-3 卡塞格伦天线的结构图 （二）卡塞格伦天线的工作原理 卡塞格伦天线的工作原理是，根据双曲面的性质，由F2发出的电磁波被副面反射，其反射的电磁波方向可以看成是共轭焦点F1发出的射线方向。又因为F1是抛物面的焦点，所以，由F2发出的电磁波经副反射面和主反射面反射后，在口径面形成同相场，从而得到平行于轴向的电磁辐射波。 双反射面的优点之一在于可以采用赋形技术。如果修正旋转双曲面的形状，使口径场分布符合要求，同时适当地修改主面以校正由于副面改变而引起的口径场相位差，那么，卡塞格伦天线将有较高的电性能。但卡塞格伦天线的副面直径一般要取较大，这在小口径天线中会造成较大的遮挡，所以在小天线中很少采用卡塞格伦结构方案。
几种天线的比较
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。
大型抛物面天线的FEKO仿真计算概要
馈源方向图可以作为激励引入。 大型抛物面天线的FEKO仿真计算 发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太 关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 1 前言 在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。 在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 2 馈源仿真计算 对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。
2[1].4GHz 抛物面天线的高效馈源
Efficient Feed for Offset Parabolic Antennas for 2.4 GHz Dragoslav Dobri?i?, YU1AW 2.4GHz 抛物面天线的高效馈源 Resume 摘要 This article examines some of the possible solutions to the problems of efficiently illuminating SAT TV offset parabolic antennas in the use on WLAN frequencies of 2.4 GHz.. 本文探讨用于2.4GHz频段的卫星电视偏馈抛物面天线的馈源的解决办法。 Introduction 引言 The problems that occur while illuminating shallow offset parabolic dishes, in addition to those related to the efficient use of parabolic dishes generally are additionally aggravated by the specific geometry of the parabolic mirror itself. [2] Feed positioning in the way that its phase center exactly coincides with the focus of the offset parabolic dish and its aiming so that the radiation maximum falls in the geometric center of the elliptic reflector surface are not intuitive at all, as in classic parabolic antennas. Therefore, there is much confusion and many wrongly positioned feeds that do not correctly illuminate offset parabolic dishes, decreasing their efficiency and gain. 这个问题时常存在于一些浅照射的偏馈抛物面天线,除了和抛物面天线有效利用有关之外，抛物面反射镜本身的具体尺寸[2]又使之更加严重。馈源的定位方式——其相位中心必须严格与偏馈抛物面天线的焦距保持一致，而且对准。这样，其最大辐射值落在椭圆形反射面的几何中心，是不直观的，正如在经典抛物线天线那样。因此，有许多混乱，许多错误的馈源定位，不能正确地照射偏馈抛物面天线，降低了它们的效率和增益。 The optimal feed for some given parabola has to fulfill several important characteristics: 对于给定抛物面天线最佳馈源必须具有几个重要特点： 1.The radiation angle of the main beam, between the points in which the gain is -10dB in relation to the maximal value, has to match the subtended angle. The feed radiation angle, both in horizontal and in vertical plane has to be the same, regardless the ellipticity of offset parabola. 1、主束的辐射角度，在辐射功率为-10dB的点到最大值之间，必须与张角相配。馈源的辐射角在水平和垂直都应当相同。而不管偏馈抛物面的椭圆率如何。 2.The phase center of the feed has to be well defined and stable with changes of frequencies within the working range. The change of the phase within the whole angle of illumination has to be as small as possible.
板状天线原理及分析
工学院课程考核论文 课程名称：微波技术与天线 题目：板状天线基本原理及分析专业：电子信息工程 班级：08级1班 姓名：李亮亮 学号：1665080115 任课教师：张平娟
摘要 本文主要介绍了板状天线的原理以及做出相应的分析。 由于微带天线具有重量轻、低剖面、成本低、易于制造、封装和安装等许多固有的优点，本文选用微带贴片天线作为天线单元。首先采用传输线法和腔模理论对矩形微带天线进行分析，计算出矩形贴片的长，宽，并选择基板材料和高度。然后针对设计指标详细讨论了各种因素对微带贴片天线性能的影响，用背馈的方式完成了微带贴片天线单元的设计方案，从而简化馈电网络。 板状天线基本原理及分析 一．板状天线基本原理 板状天线的基本知识： 无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。 图1-1板状天线的基本形式 如图所示，板状天线是在阵列天线或者天线单元的下方加上一块反射板，使波束往前方发射，利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的图1－2说明了反射面的作用，反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。天线的基本知识全向阵（垂直阵列不带平
面反射板）。抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源，基站天线可供设计的参数是天线的垂直波瓣和水平波瓣，垂直波瓣是通过阵列天线来实现的，而水平波瓣是由所采用的天线单元样式和相应的反射板所决定。 图1-2水平面方向图 板状天线高增益的形成： 1.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵，如图1-3 图1-3直线阵的方向和模型 2.在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例），如图2-4
自制大口径抛物面天线
卫视经纬版 电子报/2002年/04月/21日/第008版/ 自制大口径抛物面天线 江西张敏 本人对大口径抛物面天线心仪已久,可惜该类天线价格不菲。无奈之下,本人遂蒙生自制的念头。经过深思熟虑,年前动手试制,竟一举成功!高兴之余,现将关键工艺介绍如下,愿与有志之士共享! 一、精工制作抛物线模具 常常听人告诫:抛物面天线精度高,手工打造的天线,只能当作摆设!为此,本人特别设计如下制作工艺,经实践证明,方法简单,一试即成! 抛物面天线直径2.4m,焦距1.2m,抛物线标准方程式:Y2= 4.8X 取刨花板(2.4m 1.2m)一块,水平放置于地上,在上面精确画出Y2= 4.8X的抛物线。用手锯沿抛物线锯开,即得到一条标准的抛物线截面。用扁铁沿抛物线截面绷紧并钉牢,这样就获得了一条光滑、坚硬的抛物线截面模具。 将刨花板垂直安置在地面上,并用铅垂线校正,以确保X轴垂直于地平面。最后,将模具牢牢固定即可(见图1)。 二、制作抛物线天线骨架 天线骨架由6个不同直径的钢筋圆圈和6条固定钢筋焊接而成。钢筋圆圈的制作数据见下表。 用 14mm的钢筋在弯管机上分别弯制出6、5、4、3、2、1圆圈,并用电焊焊好接头。将圆圈6水平安放到模具上,用水平仪校正,然后牢牢固定,用同样的方法,将圆5安装到模具上。然后取两小段钢筋,用电弧焊将圆5和圆6沿抛物线对称焊牢。圆4、3、2、1和0原点钢板均照此方法安装并焊牢。最后,用 2.5mm铁钉从钢板中心孔钉入模具抛物线截面顶点O内。 至此,抛物面天线骨架已焊接成一个整体了,将此骨架顺时针旋转60,沿着抛物线对称焊入两根固定筋。照此方法,将6根固定筋全部焊牢,天线骨架制作完毕。 三、安装反射网 反射网就地取材,无特殊要求。本人在一家电焊店购得两张镀锌铁丝网(下脚料),将它们沿对角线剪开,得到4张三角形铁丝网。将天线骨架从模具上取下来,把4张铁丝网压入骨架并初步整平固定,然后放在模具上,压平压紧,用铁丝固定。接着将骨架顺时针转动一个小角度,压平压紧铁丝网,用铁丝固定。照此方法,将铁丝网固定到骨架上。最后,还要用模具精确校正一遍,以确保操作精度。 四、安装支架 用一根长0.9m和一根长1.2m的钢筋焊成一个直角。将1.2m钢筋的一端固定到焦点处,将0.9m钢筋的一端与圆6焊牢。在焦点处可配焊一小段角铁,便于安装下变频器件(见图2)。 五、安装基座及调试 安装调试方法报刊上介绍较多,本文不再赘述。在天线调整好方位角和仰角后,根据具体情况,在内架上焊入3~4根钢筋以固定天线。笔者将该天线喷上草绿色油漆安放在小院内的绿色树丛中,与环境非常协调、融洽。
卡塞格伦天线的工作原理
卡塞格伦天线的工作原理 时间：2015-08-10 来源：天线设计网TAGS：卡赛格伦 我们已经知道，反射面天线的方向图形状（波束指向、主瓣宽度、副瓣电平）决定于天线口径上的场(或电流)分布。而口径场分布又由馈源的方向图和反射面的形状确定。改变反射面的形状，即采用长焦距的反射面来得到较均匀的口径场分布。但是，焦距变长之后，天线纵向尺寸变大，这不仅使结构上不便，而且馈线变长会增加损耗，对远距离通讯来说增加噪声，降低效率。 另外，要获得低副瓣(如-40dB)，口径场振幅分布还不能是均匀的，应满足一定分布规律。这由单反射面和一个馈源来调整是困难的。采用双反射面天线，可方便地控制口径场分布。既可以使反射面的焦距较短，又可保证得到所需的天线方向图，而且使设计增加了灵活性。双反射面天线系统的设计起源于卡塞格伦光学望远镜。这种光学望远镜以其发明人卡塞格伦Cassegrain命名。下图为中国科学院国家天文台、中电集团39所联合研制的 40米射电望远镜，位于中科院云南天文台（昆明东郊凤凰山），于2005年8月动工兴建，2006年5月投入运行。40米射电望远镜的主要任务，是接收嫦娥卫星下行的科学数据并参与完成对绕月卫星的精密测轨。 40米射电望远镜是一台转台式卡塞格伦型天线，总重约360吨。天线主反射面直径40米，由464块铝合金实体单块面板和不锈钢网状单块面板构成，中央（直径26米以内部分）由208块实体单块面板构成，周边直径26米至40米部分则由256块网状单块面板构成。正十六边形的天线中心体空间行架结构及辐射梁、环梁构成天线的主反射体背架结构。40米天线馈电采用后馈卡焦方式，焦长为13.2米。直径4.2米的双曲线副反射体由4根与俯仰轴成450 方向对称布局的支撑柱支撑。是不是很高大上呢？
一种多波束抛物面天线的设计与分析
收稿日期:2002-06-13 作者简介:雷 娟(1979-),女,西安电子科技大学硕士研究生. 一种多波束抛物面天线的设计与分析 雷 娟,万继响,傅德民,傅 光 (西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安 710071) 摘要:应用物理光学方法对用于卫星通信的多波束抛物面天线进行了设计与分析,提出了任意形状口 径面的处理思想,可方便、有效地计算口径面形状任意、馈源数目任意、馈源放置位置任意的多波束抛物 面天线的方向图.最后,用波束优化思想对馈源尺寸及位置进行不断调整,从而使各波束半功率波瓣宽 度及偏焦角度达到设计要求,并给出了各组波束方向图.将给定馈源尺寸的抛物面天线的计算结果与 GRASP 软件仿真结果比较,具有良好的一致性. 关键词:多波束;多馈源;任意口径形状;抛物面天线 中图分类号:TN823+127 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2003)03-0399-04 Design and analysis of a mult-i beam parabolic reflector antenna LEI juan,W AN Ji -xiang,FU De -min,FU Guang (Research Inst.of An tennas and E M Scattering,Xidian Univ.,Xi c an 710071,China) Abstract: A desi gn and accurate analysis of a mult-i beam parabolic reflector has been made for satellite communication by the physical optics method (PO method).An idea for treating the arbitrary reflector aperture is presen ted,which is convinient and efficient to calculating the radiation characteristics of the mult-i beam parabolic reflector antenna with the mult-i feed and arbitrary reflector aperture.Finally,based on the concept of beam opti mization,the size and position of reflector feeds are modified to meet the requirements.The radiation patterns of each beam are also given.The results obtained are in good agreement with GRASP software p s simulated values. Key Words: mult-i beam;mult-i feed;arbitrary reflector aperture;parabolic reflector antenna 为了获得高增益,在通信、雷达及射电天文等设备中广泛采用反射面天线.标准反射面天线的基本分析方法以物理光学方法[1]为理论基础,文献[2,3]给出其远区场计算公式及馈源场的计算公式.然而,在实际应用中,为了形成多波束且各波束E 面方向图及H 面方向图有不同的半功率波瓣宽度,需用馈源阵列来照射截割抛物面天线[4].为了设计这种类型的天线,笔者介绍了一种口面形状任意、采用多组馈源以形成多组波束的抛物面天线的设计与分析方法[5].通过对馈源尺寸及安放位置进行设计及调整,可准确计算口面形状任意、馈源数目任意、馈源位置任意的单反射面天线的方向图,因而可满足实际需要. 1 理论基础 馈源辐射的电磁波投射到抛物面内表面,在其上感应面电流,所以抛物面内表面的每一面元都成为辐射单元.要计算抛物面天线的辐射场,须先求出馈源辐射场在反射面上激励的面电流密度分布,再求出抛物面的辐射场.在求抛物面面电流密度时,须作一些假设:反射面位置处于馈源场的远区;不考虑反射面背面电流分布影响;忽略反射面对馈源的影响等. 考虑图1所示反射面天线:馈源处于空间内任意位置,其相位中心与反射面上任意一点M 的夹角为H f ;远区场点坐标为(R,H ,<).则此反射面天线远区辐射场为 E (H ,<)=-j k G exp(-j k R )4P R ( I -R R)k s c J(r)exp(j k Q c #R)d s c ,(1)2003年6月 第30卷 第3期 西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Jun.2003 Vol.30 No.3
无线网络WiFi天线原理
无线网络WiFi天线原理 1.7.2 高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20dBi。它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。 抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。 抛物面天线一般都能给出不低于 30 dB 的前后比，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。 1.7.3 八木定向天线 八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10-15dBi。 1.7.4 室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR ≤ 2 。当然，能达到VSWR ≤ 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。 1.7.5 室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内壁挂天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dBi。 2 电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为： GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHz CDMA: 806 - 896 MHz 806 - 960 MHz 频率范围属超短波范围；1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。 2.1 自由空间通信距离方程 设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式： L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [ 举例] 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz 问：R = 500 m 时， PR = ？ 解答： (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)
天线原理与设计 讲义
第八章 口径天线理论基础 在第七章以前我们讨论的是线状天线，其特点是天线呈直线、折线或曲线状，且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。所构成的基本理论称之为线天线理论。既使是第七章的开槽缝隙天线，在分析时也是借助了缝隙天线的互补天线—金属线天线来分析。 在实际工作中，还将遇到金属导体构成的口径天线和反射面天线。有时我们统称为口面天线。它们包括：喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡塞格伦天线等。见P169图8-1。它们的尺寸可以是波长的十几到几十倍以上。 口面天线的分析模型如图8-1所示： 图8-1 口面天线的分析模型 S ′为天线金属导体面，为开口面，S S ′＋构成一个封闭面，封闭面内有一源。 S 对这样一个分析模型，要求解空间某点p 处的电磁场E P 、H P 。它们可描述为由两部分组成：一部分是源的直达波，一部分是由天线导体面上感应电流产生的散射场。这种分析方法我们称之为面电流法。面电流法对反射面天线有效，它是分析反射面天线的方法之一。但是，面电流法对喇叭天线、波导口天线一类的口径天线无效，或者说处理很难。我们可采用口径场法。 口径场法步骤： 1、解内问题，即由场源求得口面上的场分布； 2、解外问题，即由口面上场分布求解远区辐射场。 由此可见，反射面天线也可用口径场法分析。 喇叭天线一类：口径场法； 反射面天线一类：口经场法，面电流法。（近似方法） 有的反射面天线如抛物环面，由于口径场不易确定，还只得用面电流法。 口径场法和面电流法都是近似的方法，它们只能求出口径面前方半空间的辐射场，口面后方半空间的场无法求得。实际上口面天线的外表面及口径边缘L 上均有感应电流。这部分电流就是对口面天线后向辐射的主要贡献。但通常的做法是采用几何绕射理论，求由边缘L 产生的绕射。 值得说明的是，口面天线的边缘绕射场与前方半空间的场相比是微不足道的。 如果采用口径场法，那么，现在的问题是：能否用口径天线口面上的场分布来确定天线辐射场？回答是肯定的，这就须由惠更斯—菲涅尔原理来说明。
抛物面天线CAD7
反射面天线CAD (7) 一、 反射面天线的设计 1.1 引言 天线发展早期，是用于中波、短波和超短波频段，这种天线一般均称为线形天线。具体代表是，对称振子天线、T 型天线、菱形天线、顶加载天线和八木天线等。后来出现了面形天线，例如，喇叭天线、反射面天线和透镜天线等。随着频率升高，面形天线应用越来越广泛。目前，广泛运用于卫星接力通信地球站中的大型反射面天线直径为φ26—φ32m 。中小型卫星地球站用天线直径为φ4.5—φl 2m 。用于天文宇宙观测的大型天线的直径达100米。超视距警戒雷达也用大型反射面天线，特别是地面固定和移动接力通信的发展，反射面天线应用得更广泛，其尺寸有φ0.6—φ4.5米等系列尺寸。各个国家都把反射面天线口径制订成标准系列。目前，国内外利用广播卫星播放电视节目，家庭生活娱乐节目已不单由电视台播放，而是通过φ0.6米反射面天线直接接收卫星广播和电视节目。 在微波频段用于接力通信用的天线几乎都采用反射面天线这说明反射面天线具有它本身的特点：在线形天线理论中，我们知道如果要获得高的天线增益，要用无数个振子排列组合，构成天线阵面。而且，要保证规定的馈电相位，例如，短波中用的同相水平天线阵和目前飞机上用的小型相控阵天线均是按照这个基本理论制作的。但是这种合成条件非常严格，并且结构非常复杂。尽管微波集成光刻技术有了较高的发展，要得到较高的增益也是困难的。在八木天线中，引向器的数量越多，会使增益做的高一些，但每个单元要获得10分贝增益也是比较困难的。一般只有7—8分贝，目前八木天线最高组阵增益在18分贝之下。 但对
微波频段的抛物天线来讲，可以把开口径看成由无数个振子排列组合辐射。例如4GHz(7.5cm)，开口径为3.3米，天线增益达到40分贝并不困难，而获得相同的增益，如用八木天线，几乎需20组同相馈电单元组合，但实现也是非常困难的。在微波频带，天线增益系数一般很容易做到10，000—l，000，000。对于接力通信用的天线来讲，首先必须具有高增益，且点对点通信要具有尖锐波束，有时叫做铅笔形波束。想在通信方向构成效率高的通路，必须具有很强的方向性，而在其它方向尽量减少辐射。 最先出现的反射面天线是前馈反射面天线，它在面天线发展史上起了奠基作用。后来出现的卡塞格仑和格里高利天线以及由此发展起来的修正卡塞格仑及修正格里高利天线都是在前馈反射面天线基础上发展起来的。由于前馈反射面天线的馈源与位于反射面顶点后面的接收单元或发射单元要用波导或电缆连接，因而引入较大的传输损耗，且馈源的维修也不方便。加之早期的前馈反射面天线由于其馈源的方向图不等化，造成天线效率只有50 ~ 60％，因而前馈反射面被认为是一种低效率面天线。 但是，技术的发展，馈源的理论研究和实验研究获得很多成果。馈源方向图的等化理论和演算方法日渐成熟，使设计者能较容易地设计出等化方向图或旋转轴对称方向图的馈源，从而使反射面获得旋转轴对称的照射，导致天线照射效率的提高。δ—Gain馈源的出现是前馈反射面天线获得新生的又一重要标志。所谓δ—Gain馈源就是其方向图不仅轴对称，并且在对反射面照射角度内基本上是均匀的，而在反射面边缘其方向图又迅速下跌。这种馈源以同轴多模馈源为代表，配置合适的焦距直径比，可使抛物面天线的效率达到65—80％。 还要提到的是，鉴于δ—Gain 馈源在反射面边缘可维持相当低的照射锥削，
无线网络WIFI天线原理
无线网络WIFI天线原理 1 天线 1.1 天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。 *电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L 远小于波长λ 时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
1.2 对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见图1.2 b。
自制WIFI抛物面天线
自制WIFI抛物面天线。提高远距离无线网络的网络信号质量、实现免费蹭网。 固定振子的木条,其实只用一个,但是先做两个,多做一个做备用 制作振子的材料,从五金商店买来的铜接线头,铜材质导电效果较好,而且长度刚刚好,>3cm,粗的就用不着了,因为要制作2对半波振子的阵列,所以需要四个铜管 资料说,振子应该粗一点,有利于接收更宽频域的信号,使得信号质量更好、更稳定。而且更有利于馈线与振子的阻抗匹配，提高天线的工作效率，减轻之后网卡的发射功率负担，延长寿命。 因为2.4GHz信号的波长=125mm，1/4波长=31mm，所以制作振子长度L=31mm 做好了4个 但是手水平太粗糙了，做成了这么长的，通过自己推断分析，如果做的过长，振子里面就同时存在了正向波与过大比例的负向波，以至于无功分量过大，效率降低，无线网卡功率负担过重，如果做的过短，不能把功率完全发挥出来，考虑到802.11g的工作频率也会漂移到2. 449GHz，振子也够粗，所以，略微短一点没关系，如果做试验不合适可以再做。 把振子固定在木条上。本来想用电烙铁接上，但是发现无论用什么办法就是焊不上，可能是因为筒管里面有合金。所以采用接触式连接，用勒死狗扎紧。 做好了的样子 换个姿势，再拍一个 现在开始改造无线网卡，这是被改造的网卡，型号是NETGEAR WG511，笔记本网卡。其实也不算改造，主要是把网卡里面的双极天线引出来。这是背面，一眼就能看见那对双级天线，围着地线。 这是网卡背面。嘿嘿，有门，正好网卡上有2个备用的天线引出触点，方便我接线，能接得更漂亮。 来个特写 我用AV信号线引出信号。首先因为这个AV信号线够细，方便在网卡内走线，其次是配备了屏蔽线网，电气上统一，虽然这个线材的阻抗跟馈线不一定相同（50欧），但是它尺寸小，只需要很短，差别就被忽略了。 这是背面,接了引线了，双极接2根信号线 来个引线特写 这是做好了样子 制作反射板。我参考了市面上卖的高增益指向天线和前一阵子网上引起轩然大波的“强搜天线”，又借鉴了卫星电视的信号接受天线，我决定用抛物线形式的反射板，这样有利于信号反射的聚焦。本来抛物线函数是平滑的，但是考虑到即便我画精确了，也不可能做精确，索性就画成折线。 反射板尺寸设计好了，借鉴了现代雷达结构，用金属钢丝网做反射面，如果金属网够密集，反射效果也与金属板相差无几，考虑到天线要放置室外，要适应风雨天气，所以，粗钢丝网和细钢丝网复合，用铜丝缝起来，铜丝是RJ-45网线里面拆出来的。 天线托架,具体的就不说了，大家一看照片就一目了然。 由于工艺和材料问题，托架做了改进。 从上面看 做个试验，所以简单立外面了 接上笔记本
抛物面天线基础理论
抛物面天线基础理论
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， ψ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；ρ为焦点F到反射面上任意点的距离。 由抛物面的定义可知： =+=+ 2cos(1cos) fρρψρψ 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：
21cos f ρψ=+ 由图 6-6-1还可得到： 2sin sin 21cos sin 1cos f y ftg tg ψρψψψ ψψψ===+=+ 把口面直径0 ,2D y R ψψ===代入6-6-3可得到： 222D ftg ψ=，或者0 1142f D tg ψ=? 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： +=+6-6-3 ''' FM MN FM M N 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。