基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常见的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状。
抛物面天线主要用于电信和无线通信领域，如卫星通信、雷达系统和无线电广播等。
下面将详细介绍抛物面天线的工作原理。
一、抛物面天线的结构抛物面天线由抛物面反射器和馈源组成。
抛物面反射器通常由金属制成，具有抛物面曲率的特殊形状。
馈源则位于抛物面反射器的焦点处。
二、工作原理1. 抛物面反射器的特性抛物面反射器具有特殊的几何形状，其曲率使得从馈源发出的电磁波在反射器上反射后会聚到抛物面的焦点上。
这种聚焦效应使得抛物面天线能够将发射或者接收的信号集中在一个方向上。
2. 馈源的作用馈源是抛物面天线的关键部份，它位于抛物面反射器的焦点处。
馈源通过电流激励产生电磁波，并将电磁波传输到抛物面反射器上。
由于抛物面反射器的特殊形状，馈源发出的电磁波在反射器上反射后会聚到抛物面的焦点上。
这样，抛物面天线就能够将电磁波集中在一个方向上，实现信号的传输或者接收。
3. 抛物面天线的辐射特性抛物面天线的辐射特性与抛物面反射器的形状和馈源的位置有关。
通常情况下，抛物面天线能够实现高增益和较窄的波束宽度。
增益是指天线辐射功率相对于理想点源天线的辐射功率的比值。
波束宽度是指天线辐射功率下降到最大辐射功率的一半时的角度范围。
抛物面天线的高增益和较窄的波束宽度使其能够实现远距离的通信和较强的信号接收。
4. 抛物面天线的极化特性抛物面天线的极化特性取决于馈源的极化方式。
通常情况下，抛物面天线可以实现线极化或者圆极化。
线极化是指电场矢量在一个平面内振荡，可以是水平或者垂直方向。
圆极化是指电场矢量在一个平面内旋转，可以是顺时针或者逆时针方向。
抛物面天线的极化特性对于与其进行通信或者接收的设备的极化要求具有重要意义。
三、应用领域抛物面天线广泛应用于各种通信和雷达系统中。
以下是一些常见的应用领域：1. 卫星通信：抛物面天线被用于卫星通信系统中，用于接收和发送卫星信号。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常见的天线类型，它利用抛物面的几何形状来实现对电磁波的聚焦和辐射。
抛物面天线主要由抛物面反射器和馈源组成。
1. 抛物面反射器：抛物面反射器是抛物面天线的关键组成部分。
它的几何形状是一个旋转抛物面，通常由金属材料制成。
抛物面反射器的作用是将来自馈源的电磁波反射并聚焦到一个点上，这个点就是抛物面的焦点。
抛物面的几何特性决定了反射的电磁波能够形成一个平行光束，从而提高天线的增益和方向性。
2. 馈源：馈源是将电磁波输入到抛物面天线的部分。
常见的馈源有两种类型：点馈源和线馈源。
点馈源位于抛物面的焦点处，将电磁波向反射器输入。
线馈源则位于抛物面的焦点线上，将电磁波沿着焦点线输入到反射器。
馈源的选择取决于具体的应用需求和设计要求。
3. 工作原理：抛物面天线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：- 馈源产生电磁波并输入到抛物面反射器。
- 抛物面反射器将电磁波反射并聚焦到焦点处。
- 聚焦后的电磁波形成一个平行光束，从焦点处辐射出去。
- 辐射出去的电磁波在空间中传播，实现与其他设备的通信或信号接收。
4. 特点和应用：抛物面天线具有以下特点：- 高增益：由于抛物面反射器的几何形状，抛物面天线能够将电磁波聚焦到一个点上，从而提高天线的增益。
增益是衡量天线辐射能力的重要指标，高增益天线可以实现更远距离的通信或接收弱信号。
- 方向性：抛物面天线具有较强的方向性，能够将辐射能量集中在特定方向上。
这种方向性使得抛物面天线在无线通信、雷达系统等领域得到广泛应用。
- 宽频带：抛物面天线具有较宽的频带特性，能够适应不同频率范围内的信号传输需求。
抛物面天线在通信、雷达、卫星通信、无线电天文学等领域有着广泛的应用。
通过合理设计抛物面反射器和选择适当的馈源，可以实现对电磁波的高效聚焦和辐射，提高通信质量和接收灵敏度。
同时，抛物面天线的方向性和增益特性也使得它成为无线网络覆盖和信号传输的重要组成部分。
抛物面天线基于NURBS技术的建模与电磁特性仿真的开题报告
抛物面天线基于NURBS技术的建模与电磁特性仿真的开题报告一、研究背景及意义随着社会的不断发展和科技的不断进步，无线通信技术的应用越来越广泛。
在无线通信系统中，天线是必不可少的组成部分。
抛物面天线由于具有优异的性能，在通信、雷达、遥感、卫星通信等领域得到了广泛的应用。
在抛物面天线的设计过程中，建模和仿真是非常重要的环节。
传统抛物面天线建模方法往往采用分片、曲面拟合或者光栅点曲面等方法，这些方法不仅精度较低，而且在工程应用中往往费时费力。
而NURBS技术能够用较少的控制顶点很好的描述复杂的曲面，因此能够高效地进行抛物面天线建模。
在建模之后，抛物面天线的电磁特性仿真也是非常重要的。
电磁特性仿真能够为抛物面天线的优化设计提供有价值的参考，节约设计时间和成本。
二、研究内容及方法本文的研究内容是抛物面天线基于NURBS技术的建模与电磁特性仿真。
具体包括以下两个方面：1. 基于NURBS技术的抛物面天线建模在建模方面，首先要研究NURBS技术的原理和基本操作，然后根据抛物面天线的结构特点，采用NURBS技术建立抛物面天线的三维模型，并对其进行边界和材料属性的定义。
2. 抛物面天线的电磁特性仿真在仿真方面，采用数值计算方法，以有限元方法和方法为主要手段，对建立的抛物面天线模型进行电磁特性仿真，并对其性能进行评估。
在仿真过程中，需要考虑到抛物面天线的材料特性、边界条件、频率等因素的影响。
三、预期研究成果1. 建立基于NURBS技术的抛物面天线模型；2. 对抛物面天线进行电磁特性仿真，并评估其性能；3. 提供一种有效的、高精度的抛物面天线建模和仿真方法。
四、研究难点及解决方案1. 建立抛物面天线的高精度模型，需要解决NURBS曲线和曲面的建模方法和技巧。
解决方案：学习和运用NURBS技术，熟练掌握控制顶点的设置和调整方法，确保能够建立高精度的抛物面天线模型。
2. 抛物面天线的电磁特性仿真需要考虑材料特性、边界条件、频率等因素的影响，需要运用电磁仿真软件进行多因素综合仿真。
微波通信技术与抛物面天线设计
微波通信技术与抛物面天线设计一、微波通信技术的基本原理微波通信是利用微波进行信息传输的通信技术，通常指的是在30MHz至100GHz频段内进行的通信。
微波通信技术具有传输速度快、抗干扰能力强、传输距离远等优点，因此被广泛应用于卫星通信、无线通信、雷达系统等领域。
微波通信技术基于电磁波的传输原理，其中电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动。
在微波通信中，微波信号被发送器发射出来，经过天线发射出去，经过空间传播后，再被接收天线接收回来，最终经过接收器处理成电信号。
而天线作为微波通信系统中负责发送和接收信号的设备，其设计质量直接影响了通信系统的性能。
二、抛物面天线的设计原理抛物面天线是一种由抛物面所形成的反射面天线，其具有较高的增益和指向性。
其设计原理是利用抛物面的反射特性，将来自馈源的微波信号汇聚到抛物面的焦点处，再由天线馈源将信号发送或接收，从而实现较远距离的通信。
抛物面天线的主要特点包括：1. 高增益：抛物面天线的反射面设计使得其具有较高的增益，可以增强信号的发送和接收能力。
2. 窄波束宽度：抛物面天线的设计使得其具有较强的指向性，能够集中信号发送或接收的方向，减小了由外部干扰引起的信号干扰。
3. 抗干扰能力强：抛物面天线能够减小环境干扰对信号的影响，保障通信质量。
抛物面天线的设计原理为微波通信提供了重要的技术支持，使得微波通信系统具有了更高的性能和可靠性。
抛物面天线的设计优势主要体现在以下几个方面：4. 构造简单：抛物面天线的结构相对简单，易于制造和安装，成本较低。
通过以上分析，可以看出抛物面天线的设计优势使得其成为微波通信技术中的重要组成部分，被广泛应用于卫星通信、雷达系统、无线通信等领域。
四、抛物面天线的应用前景随着通信技术的不断发展，抛物面天线在微波通信领域的应用前景较为广阔。
具体表现在以下几个方面：1. 卫星通信：抛物面天线的高增益和指向性使得其在卫星通信中具有重要作用，能够实现卫星和地面站之间的可靠通信。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常见的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状。
它被广泛应用于通信领域，如卫星通信、雷达系统和天线接收器等。
本文将详细介绍抛物面天线的工作原理和其在通信系统中的应用。
一、抛物面天线的结构抛物面天线由抛物面反射器和馈源两部分组成。
抛物面反射器的形状是一个旋转抛物面，其特点是所有从抛物面顶点发出的平行光线都会被反射到焦点上。
馈源则位于抛物面反射器的焦点处，用于发射或接收电磁波。
二、抛物面天线的工作原理可以分为发射和接收两种情况。
1. 发射模式在发射模式下，馈源向抛物面反射器提供电信号。
电信号经过馈源后，被转化为电磁波并从抛物面反射器的焦点发射出去。
由于抛物面的特殊形状，电磁波会被抛物面反射器集中到一个方向上，形成一个平行光束。
这样，抛物面天线可以将电信号转化为电磁波并将其集中到一个特定的方向上。
2. 接收模式在接收模式下，抛物面天线接收来自特定方向的电磁波。
电磁波进入抛物面反射器后，会被反射到焦点上，然后通过馈源传递给接收设备。
由于抛物面的特殊形状，抛物面天线可以将来自特定方向的电磁波集中到焦点上，提高接收效率。
三、抛物面天线的应用抛物面天线由于其独特的工作原理和性能优势，在通信系统中得到了广泛的应用。
1. 卫星通信在卫星通信系统中，抛物面天线被用作卫星接收器的天线。
它可以接收来自卫星的信号，并将其集中到接收设备上，提高接收效果。
同时，抛物面天线也可用于卫星发射器，将电信号转化为电磁波并发射到空间中。
2. 雷达系统在雷达系统中，抛物面天线被用作雷达接收器和发射器的天线。
它可以接收来自目标的回波信号，并将其集中到接收设备上，实现目标检测和跟踪。
同时，抛物面天线也可用于雷达发射器，将电信号转化为电磁波并发射到空间中，实现雷达波束的形成和目标探测。
3. 无线通信在无线通信系统中，抛物面天线被用作基站天线或无线路由器天线。
它可以将无线信号集中到特定的方向上，提高通信距离和信号质量。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理引言概述：抛物面天线是一种常见的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状和电磁波的反射原理。
本文将详细介绍抛物面天线的工作原理，包括抛物面的特点、电磁波的反射和聚焦效应等。
一、抛物面的特点：1.1 对称性：抛物面具有对称的特点，即从抛物面的焦点处发出的电磁波会被抛物面反射，并聚焦到焦点上。
1.2 曲率半径：抛物面的曲率半径影响着电磁波的聚焦效果，曲率半径越小，聚焦效果越好。
1.3 焦距：抛物面的焦距决定了电磁波的聚焦位置，焦距越小，聚焦点越近。
二、电磁波的反射：2.1 入射角和反射角：根据光的反射定律，入射角等于反射角，因此电磁波在抛物面上的反射角度与入射角度相等。
2.2 波前面的变化：电磁波在抛物面上反射后，波前面会发生变化，变得更加平整，这有助于提高聚焦效果。
2.3 相位差的补偿：抛物面的形状可以使从不同位置发出的电磁波在焦点处相位差为零，从而实现波的相位补偿。
三、聚焦效应：3.1 焦点的形成：抛物面的形状使得从不同位置发出的电磁波会在焦点处聚焦，形成一个强光点或强电磁场。
3.2 聚焦效果的增强：抛物面的曲率半径越小，聚焦效果越好，因为曲率半径越小，抛物面的形状越接近于一个完美的球面。
3.3 应用领域：抛物面天线的聚焦效应广泛应用于卫星通信、雷达系统、天文望远镜等领域，提高了信号的接收和发送效果。
四、抛物面天线的优势：4.1 高增益：抛物面天线的聚焦效应使得其具有较高的增益，能够提高信号的接收和发送灵敏度。
4.2 窄波束：抛物面天线的特殊形状使得其发射或接收的电磁波呈现出窄波束的特点，可以减少信号的干扰。
4.3 高方向性：抛物面天线的聚焦效应使得其具有较高的方向性，可以更准确地定位和跟踪目标。
五、总结：抛物面天线利用抛物面的特殊形状和电磁波的反射原理，实现了电磁波的聚焦效果。
其工作原理基于抛物面的对称性、曲率半径和焦距等特点，以及电磁波的反射和相位差的补偿。
抛物面天线具有高增益、窄波束和高方向性等优势，广泛应用于通信、雷达和天文等领域。
不同类型的抛物面天线介绍及工作原理
不同类型的抛物面天线介绍及工作原理一、普通抛物面天线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。
二、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。
偏焦偏置抛物面多波束天线的分析与设计
引言
随着卫星通信技术的发展， 多波束天线得到了广 泛的研究和应 用� 多波束 天线的实现方法 有阵列天
1］ 2］ 线� 透镜天线 ［ 和反射面类型的天线 ［ 等 � 阵列天线 通过独立控制每个辐射器的振幅和相位 ， 在空间形成
径面是一个椭圆 ， 口径在焦平面 上的投影为一个 圆� 其分析方法有表面电流法［4］和口径场法， 本文使用口 � ， 径场法进行分析 为了分析的方便 假设馈源为垂直 线极化， 且无交叉极化�
2
=
2
+=ຫໍສະໝຸດ 2+ 2( H + R )
cos
+( H + R ) 2
2
计算结果和分析
� ( 5) 取天线参数: 焦距 = 705.88 m m ; 投影圆半径 R = 800 m m ; 投影圆与焦点的垂直距离 H =100 m m ， 相位计算如图 4 所示� 如图 1 � � � a = 0.52 ， 是原点 � � 到点 F � 的距离 在 � 所示� 馈源为矩形波导( 0 ( ， ) = cos 0 ， 0 ，0 面的投影， � b = 0. 4 ) ， ， 频率取 12. 75 G H ， 指向偏置抛物 面的中 与 0 轴的夹角为 在 = 时， 可近似认为馈源无 � � 心 � 通过优化得到偏焦距离 值� 两边波束相对于 偏焦和有偏焦两 种情况下在 P 点产生的电场幅度不 � � 中间波束偏移了约 3dB 宽度 �馈源分别沿 0 轴 ( = � 变， 只有 ( - ) 带来的相位变化 点 F 到 P 点距离为 �
( 4)
图5
平面口径远区辐射场示意图
P 点的 抛物面在焦平面的投影是圆 ， 如图 5 所示， � � � � � 电场值为 E ( ，) ， 当 时， 结合图 3 计算可得到远 图 3 积分区域示 意图 区点 Q 处的电场值: 为了便于积分， 将焦平面上的电场坐标参量变换 1+c os � � � � � � � � � � � E = E ( ，) e p( ( ( H +R ) c os � � S � 2 到( ，，) 坐标系后， 须再变换到积分面 : 偏置抛物面 +
天线原理与设计—第八章抛物面天线
天线原理与设计—第八章抛物面天线抛物面天线是一种常见且重要的天线类型，在无线通信系统和雷达系统中广泛应用。
本章将介绍抛物面天线的基本原理、特性以及设计方法。
一、抛物面天线的基本原理抛物面天线是一种由旋转抛物面形成的反射型天线，其基本原理是通过抛物面的反射特性实现聚焦效果。
抛物面天线由一个抛物线形状的金属面和该金属面的焦点处安装的辐射单元组成。
在抛物面天线中，信号从源天线发射出，然后被抛物面反射并聚焦到抛物面的焦点处。
由于抛物面的几何特征，该焦点处的电磁波能量是得到最大增强的。
因此，抛物面天线能够实现较高的增益和较强的直射波束。
二、抛物面天线的特性1.高增益：由于抛物面天线的反射特性，它能够将信号聚焦在一个小区域中，从而实现高增益的目标。
因此，抛物面天线适用于需要较长传输距离、高信号质量和低干扰的应用场景。
2.窄波束：抛物面天线的波束宽度较窄，可以减少多径信号和干扰信号的影响。
这使得抛物面天线特别适用于长距离的通信和雷达系统中。
3.大带宽：抛物面天线的设计允许较大的带宽范围，可以实现多种频段的通信传输。
4.抗干扰性能强：由于抛物面天线的聚焦特性，它对于来自非焦点方向的信号有较好的滤波作用，可以抑制一些外界噪声和干扰。
三、抛物面天线的设计方法抛物面天线的设计涉及到抛物面形状的确定、抛物面焦点的确定和辐射单元的设计。
首先，需要确定抛物面的形状。
常见的抛物面形状有抛物线和抛物面。
通常情况下，抛物线形状较为常用，因为它能够实现更高的增益、更窄的波束和更大的带宽。
其次，需要确定抛物面焦点的位置。
抛物面的焦点位置决定了天线的聚焦特性和波束方向。
一般情况下，焦点位置应该与辐射单元接近，并满足最佳聚焦效果。
最后，需要设计辐射单元。
辐射单元通常由一个或多个天线元件组成，如微带天线或Horn天线。
辐射单元的设计应考虑到天线的工作频段、功率处理能力和增益要求。
在抛物面天线的实际设计中，还需要考虑到诸如天线重量、制造成本、安装方式等因素。
卫星通信伞天线的研究与设计
天线 ；反射 面；伞结构 天线
Ｔ ８８５ Ｎ ２ ． 文献标识码 Ａ 文章编 号 １０ ７ ２ 【０ １ １ ０ １— ２ ０ ７— ８ ０ ２ １ ） １— ０ ０
中图分类号
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ｓｇ ｆａ Ｓ ｔ ｌ ｔ ｍ ｍ ｕ ｉａ ｉｎ Ｕｍｂ ｅｌ ｔｎ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ａ ｅｌ ｅ Ｃｏ ｉ ｎ ｃ ｔｏ ｒ ｌ Ａｎ ｅ ｎ ａ
反射 面天线。文 中利 用 Ｆ Ｋ 中 ＭＯ ＥＯ Ｍ与 Ｐ Ｏ相结合的算法 ，仿真设计 了一种理论值 可达 ４ Ｂ以上 的单偏置抛物 面天 ２ｄ
线 ，利用具有 良好 电磁 波反射性 能的银 纤维布 和雨伞结构制作 了该天线 。对反射 面天线的轻便化 、小型化、移动化提
供 了思路 。
关键 词
ＧＵＯ Ｄｏ ｇ ａ ｇ ， Ｌ ｉｇ ， Ｗ ＡＮ Ｙｉ ｎ Ｌ ｕ ｌ ｎ ｙｎ ＩＰｎ Ｇ ｔ ｇ ， ＩＪ ｎｉ ｏ
（ ． ｒｄａ ｎｔ ｎｉｅｒ ｇＣ ｌ ｇ ｆ Ａ Ｆ ｉｎ７０ ８ ，Ｃ ｉ ；２ Ｔ ａｈ ｇａｄＲ ｓａ ｈＳｃ ｏ １ Ｇａｕｔ Ｕ ｉ ｅ ，Ｅ ｇ ｅ ｎ ｏ ｅｅｏ Ｐ ，Ｘ’ １０ ６ ｈｎ ｎ ｉ ｌ Ｃ ａ ａ ． ｅｃｉ ｎ ｅｅｒ ｅｔ ｎ ｎ ｃ ｉ ｏ ｕ ｄｍ ｎａ Ｅ ｕ ａｏ ，Ｓ ｅｙｎ ｏ ｍ ｎ ｉｇＣ ｌ ｇ ｆ Ａ Ｆ ｈｎ ａｇ１０ ０ ，Ｃ ｉ ） ｆ ｎ ａ ｅｔ ｄｃｔ ｎ ｈｎａｇＣ ｍ ａｄｎ ｏ ｅｅｏ Ｃ Ｐ ，Ｓｅｙｎ １０ ０ ｈｎ Ｆ ｌ ｉ ｌ ａ
ａ 叶技２１ 第 ４ 第 １ ０ 年 ２卷 １ １ 期
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｅ． Ｔ ｃ ． ｏ ． ５．２ ｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｓ ｉ ＆ ｅ ｈ ／Ｎ ｖ １ ０１ １
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Figure 2. Conventional interception paraboloid three-dimensional map 图 2. 常规方式截取抛物面三维图
a=
= b
D 2
2
(2-3)
x D 1+ 0 2 2f
(2-4)
2.2. 最大有效面积切割抛物面
如图 3 根据常规的抛物面设计方法，用直径为 D 的圆柱切割抛物面，圆柱在 xoy 平面的投影为圆， 其面积为
1 0 T = 0 0 0 0 dx 1 0 dy 0 1 dz 0 0 1
(3-1)
其中 d x ，d y 和 d z 是纯平移向量 d 相对于参考坐标系各对应坐标轴的分量。 纯平移坐标系变换后的矩阵表 达式为：
1 0 = 0 0 0 0 Px nx 1 0 Py × ny 0 1 Pz nz 0 0 1 0 ox oy oz 0 ax ay az 0 Px nx n Py = y nz Pz 1 0 ox oy oz 0 ax ay az 0 Px + d x Py + d y P + dz 1
摘
要
偏置抛物面天线避免了馈源的遮挡损耗，使得天线效率提高，同时也具有结构简单的优点，在现代卫星
31
基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
通信地面固定站中广泛使用。 本文提出一种偏置抛物面天线结构设计的方法， 与传统的设计方法相比较， 在限定的物理尺寸下，能够保证天线具有最大的有效面积。本文还将对截取的抛物面进行坐标系变换的 推导求解。
关键词
偏置抛物面天线，有效面积，坐标系变换
1. 引言
抛物面天线的辐射方向具有高定向性，被广泛的应用于卫星通信和地面远距离通信中。目前馈源性 能的优化使前馈抛物面天线性能较过去有显著提高，但馈源及其支杆遮挡带来的旁瓣上升和输入电压驻 波比过高的问题没有改善，且收发单元装在馈源后面，又带来了结构支撑问题。偏置抛物面天线能够避 免抛物面的反射引起的馈源喇叭驻波特性恶化以及馈源系统和支撑结构的阻挡引起的增益下降等问题。 偏置抛物面天线是相对于正馈抛物面天线而言的，正馈抛物面天线为中心聚焦的抛物面天线，正馈抛物 面天线为反射面盘面为正圆，馈源位于天线抛物面的焦点，偏置抛物面天线的馈源安装位置不再与天线 中心切面垂直且过天线中心的直线上，故不会存在所谓的馈源阴影的影响，在天线面积、加工精度以及 接受频率相同的前提下， 偏置抛物面天线的增益大于正馈抛物面天线[1]-[3]。 由于偏置抛物面天线馈源的 定位方式即其相位中心必须严格与偏置天线的焦距保持一致且必须对准，常规抛物面天线的最大辐射值 落在椭圆形反射面的几何中心，不能够精准的定位馈源，导致了偏置抛物面天线的效率和增益的降低。 本文提出一种偏置抛物面天线结构设计的方法，在限定的物理尺寸下，保证天线具有最大的有效面积， 使得天线的增益等性能有了一定的提高。本文还将对截取的抛物面进行坐标系变换的推导求解。
Abstract
The offset reflector antennas avoid blocking the feed of cover loss, improving the efficiency of the antenna with simple structure, and are applied widely in fixed ground station of modern satellite communications. This paper presents a way of designing an offset reflector antenna. Comparing with classical method, the antenna designed in this paper can make sure that it has the maximum effective area under limited physical size. The coordinate transformation of the intercepted reflector is also carried out in this paper.
Study on Structural Design Method of Offset Parabolic Reflector Antennas
Yangguang Deng, Wenke Qin, Jingyi Li, Fei Chen
Aerors Painting Technology Co. Ltd., Xi’an Branch, Xi’an Email: hua_wen_ok@ Received: Nov. 19th, 2014; revised: Dec. 13th, 2014; accepted: Dec. 20th, 2014 Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Keywords
Offset Reflector Antennas, Effective Area, Coordinate Transformation
基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
邓阳光，秦文科，李婧铱，陈 菲
航天天绘科技有限公司西安分公司，西安 Email: hua_wen_ok@ 收稿日期：2014年11月19日；修回日期：2014年12月13日；录用日期：2014年12月20日
Fnew
(3-2)
3.2. 天线面坐标绕一个轴的纯旋转
绕一个轴的纯旋转变换有两种情况：首先是共原点坐标变换，其次是不共原点的变换。
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基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
共原点坐标系变换，如绕参考坐标系 Z 轴的旋转，假设两个共原点坐标系分别为 OX iYi Z i 和 OX j Y j Z j ， 其中坐标系 OX j Y j Z j 是由原始坐标系 OX iYi Z i 绕自身的 Z 轴旋转 θ 变换而来，规定按右手法则确定旋转角的 正负。 对于在共原点坐标系中的点 P ，不同坐标系下分别为 P ( X i , Yi , Z i ) 和 P ( X j , Y j , Z j ) ，有以下关系：
2.1. 偏置圆形切割旋转抛物面
常规设计偏置抛物面天线，如图 1 所示，假设旋转抛物面的焦距为 f，在抛物面所在坐标系为 oxyz 坐标系，z 轴为抛物面的旋转轴，其旋转抛物面方程为：
x2 + y 2 = 4 fz
(2-1)
偏置抛物面天线反射面为圆形切割抛物面，即以焦平面内的圆形为基准的拉伸圆柱与抛物面相交后 所截取的部分。 通过圆柱面与旋转抛物面之间的坐标系位置关系， 可以获得所需的反射面。 由图 2 所示， 天线结构采用常规方式截取的反射板，在焦平面的投影为圆形。 由于圆柱轴线与 z 轴平行，则在抛物面上截取的反射面为椭圆。假设圆柱轴线与 z 轴间距为 x0，圆 柱面直径为 D，则圆柱在 xoy 平面的投影为圆，其圆方程为：
∆ = G2 − G= 1 4π 2
λ2
⋅ ab − r 2
(
)
(2-10)
Figure 3. The maximum effective area of cutting parabola 图 3. 最大有效面积切割抛物面
Figure 4. Using the maximum effective area of the interception of parabolic three-dimensional map 图 4. 采用最大有效面积截取抛物面三维图
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基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
2.3. 仿真分析
为验证本文的理论分析的正确性，对常规天线设计方法和改进后的方法进行了仿真结果对比，如图 5~图 7 所示。 在确定了物理口径的前提下，分别用两种方法在相同焦距的抛物面上，截取了两个反射面，并用相 同的馈源进行照射，在电磁仿真软件 CST 中进行仿真，仿真结果如图所示。从图 7 中可知，改进方法的 增益提高了 0.3 dB，进而说明了改进的天线设计方法的正确性。
Ae =
Gλ 2 4π
4π 2 r 2
(2-7)
则截取抛物面有效面积为圆面时，天线的增益：
G1 =
4π
λ2
4π
⋅ Ae1 =Βιβλιοθήκη 4πλ24π
⋅ π ⋅ r2 =
λ2
4 π 2 ab
(2-8)
截取抛物面有效面积为椭圆面时，天线的增益：
G2 =
λ
2
⋅ Ae 2 =
λ
2
⋅ π ⋅ a ⋅ b=
λ2
(2-9)
那么，改进设计方法提高天线增益：
Figure 5. Conventional method simulation pattern 图 5. 常规方法仿真方向图
Figure 6. Improved simulation pattern 图 6. 改进后仿真方向图
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基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
Figure 7. Contrast pattern of the two methods 图 7. 两种方法对比方向图
(2-6)
D′ D′ ，长轴为 b < ，与工程设计要求相 2 2 比，物理尺寸满足要求。但是，未达到最大有效面积。按照工程设计要求，a = b 时，其投影面积最大，
这时，截取抛物面获得的反射面口面为椭圆，其短轴为 a =
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基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究
即截取的椭圆短轴取长轴的尺寸时，在满足工程设计要求的同时，投影面积最大。 为获得最大投影面积，使 a = b，则 1) 用垂直于反射面口面的圆柱截取抛物面。 2) 在常规方法中，用底面为椭圆的椭圆柱代替圆柱截取抛物面。 如图 4 所示，改进的截取抛物面的方式，在焦平面的投影为椭圆。 天线的有效面积与天线增益及工作波长的关系如下[4] [5]：