15-抛物面天线 天线原理
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。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常用的天线类型，其工作原理基于抛物面反射的特性。
它由一个金属抛物面反射器和一个位于焦点处的辐射源组成。
下面将详细介绍抛物面天线的工作原理。
1. 抛物面反射特性：抛物面具有特殊的反射特性，当入射光线平行于对称轴时，反射光线会汇聚到焦点处。
这种特性被应用到天线设计中，使得抛物面天线能够将辐射源的能量集中在一个方向上。
2. 辐射源：抛物面天线的辐射源通常是一个位于焦点处的天线元件，如一个偶极子或者一个小孔。
当辐射源被激发时，它会向各个方向发射电磁波。
3. 焦点处的能量会萃：抛物面天线的抛物面反射器会将从辐射源发出的电磁波反射并会萃到焦点处。
由于抛物面的形状，电磁波在抛物面上的反射角度与入射角度相等，从而使得反射的光线能够准确地汇聚到焦点处。
4. 辐射方向和增益：由于抛物面天线的特殊设计，它能够将辐射源的能量集中在一个方向上，形成一个窄束的辐射。
这使得抛物面天线具有较高的增益，即在主瓣方向上辐射功率较大。
5. 聚焦效应：抛物面天线的聚焦效应使得它在接收和发送信号时能够提高信号强度。
在接收模式下，抛物面天线能够将来自特定方向的信号聚焦到焦点处，提高接收灵敏度。
在发送模式下，抛物面天线能够将辐射源的能量会萃到一个方向上，提高发送功率和传输距离。
6. 多频段应用：抛物面天线可以设计成多频段应用的天线，通过调整辐射源的尺寸和形状，可以实现在不同频段上的工作。
这使得抛物面天线在通信系统中具有广泛的应用。
总结：抛物面天线利用抛物面反射的特性，将辐射源的能量集中在一个方向上，形成窄束辐射，具有较高的增益和聚焦效应。
它在通信系统中被广泛应用于卫星通信、雷达系统、微波通信等领域。
通过合理的设计和优化，抛物面天线能够实现高效的信号传输和接收，提高系统性能和通信质量。
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。
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几何形状。
它在通信和无线电领域中被广泛应用，用于接收和发送无线信号。
本文将详细介绍抛物面天线的工作原理，并解释其在信号接收和传输中的优势。
一、抛物面天线的结构和特点抛物面天线的结构由一个抛物线形状的反射器和一个位于焦点处的辐射源组成。
其主要特点包括：1. 抛物面反射器：抛物面天线的反射器是一个抛物线形状的金属面，其曲率使得从辐射源发出的信号被反射并聚焦到一个点上。
2. 辐射源：位于抛物面反射器焦点处的辐射源是天线的发射或接收元件，它可以是一个天线驱动器或一个接收器。
二、抛物面天线的工作原理抛物面天线的工作原理基于抛物面的几何特性，当从抛物面天线的辐射源发出的信号到达反射器时，它们会被反射并聚焦到抛物线的焦点上。
这种聚焦效应使得抛物面天线具有以下工作原理：1. 聚焦效应：由于抛物面的特殊形状，辐射源发出的信号会被反射器聚焦到抛物线的焦点上。
这种聚焦效应使得抛物面天线能够将信号集中在一个小区域内，增加了信号的强度和接收灵敏度。
2. 方向性：抛物面天线在水平方向上具有较高的方向性，这意味着它能够更好地聚焦和接收或发送信号。
抛物面天线的方向性使得它在特定方向上具有更高的增益，从而提高了信号的传输距离和质量。
3. 抗干扰性：由于抛物面天线的聚焦效应和方向性，它对来自其他方向的干扰信号具有较强的抑制能力。
这使得抛物面天线能够更好地过滤掉干扰信号，提高信号的纯度和可靠性。
4. 波束宽度：抛物面天线的波束宽度是指天线所能接收或发送信号的有效范围。
由于抛物面天线的特殊形状，它的波束宽度相对较小，可以更准确地定位和接收目标信号。
三、抛物面天线的应用领域抛物面天线由于其独特的工作原理和优越的性能，在各个领域都得到了广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 通信系统：抛物面天线常用于卫星通信系统和微波通信系统中，用于接收和发送信号。
其高增益和方向性使得它能够实现远距离的信号传输和接收。
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性。
抛物面天线主要由抛物面反射器和辐射源组成，通过合理设计抛物面的形状和辐射源的位置，实现对电磁波的聚焦和辐射。
工作原理如下：1. 抛物面反射器：抛物面反射器是抛物面天线的关键部份。
它由一个抛物面曲面构成，具有特定的几何形状。
抛物面的特点是所有从抛物面焦点发出的光线都会被反射到抛物面上的另一点，称为顶点。
抛物面天线利用这个特性，将从辐射源发出的电磁波聚焦到抛物面焦点上。
2. 辐射源：辐射源是抛物面天线的发射部份，通常采用馈源天线或者反射器上的激励源。
辐射源位于抛物面反射器的焦点处，将电磁波集中到焦点并辐射出去。
3. 聚焦和辐射：当电磁波从辐射源发出时，抛物面反射器将其聚焦到抛物面焦点上。
由于抛物面的几何形状，电磁波在焦点处形成一个高度集中的电磁场。
这个电磁场可以辐射出去，形成一个具有特定方向和极化的电磁波束。
4. 方向性：抛物面天线的工作原理决定了它具有较高的方向性。
由于抛物面反射器的设计，电磁波束主要沿着抛物面的法线方向辐射，形成一个狭窄的主瓣。
这使得抛物面天线在特定方向上具有较高的增益和辐射效率。
5. 应用：抛物面天线广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
由于其较高的方向性和辐射效率，抛物面天线能够实现远距离的通信和探测，提供稳定的信号传输和接收。
总结：抛物面天线利用抛物面反射器的特性，将从辐射源发出的电磁波聚焦到抛物面焦点上，并通过辐射源将电磁波辐射出去。
它具有较高的方向性和辐射效率，适合于各种通信和探测应用。
抛物面天线的工作原理为无线通信和雷达等领域的发展提供了重要的技术支持。
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用的天线类型，其工作原理基于抛物面的几何形状和电磁波的反射原理。
抛物面天线主要用于聚焦和增强电磁波信号，以提高无线通信和雷达系统的性能。
工作原理：抛物面天线由一个抛物面反射器和一个位于焦点处的辐射源（如天线元件或者馈电器）组成。
当辐射源发射电磁波信号时，这些信号被抛物面反射器反射，并在焦点处聚焦。
抛物面天线的几何形状使得从任何方向入射的平行光束都会聚焦到焦点上。
抛物面天线的工作原理可以通过以下步骤来解释：1. 辐射源发射电磁波信号，这些信号沿着抛物面天线的轴线方向传播。
2. 电磁波信号到达抛物面反射器，根据反射定律，信号会被反射并聚焦到抛物面的焦点上。
3. 聚焦后的信号在焦点处形成一个强电磁场，可以被接收器或者其他设备用来进行通信或者雷达探测。
抛物面天线的特点：1. 聚焦能力强：由于抛物面的几何形状，抛物面天线能够将入射的平行光束聚焦到一个点上，从而增强信号的强度。
2. 方向性强：抛物面天线的辐射图案呈现出一个主瓣和若干个副瓣，主瓣的辐射强度最大，可以控制信号的辐射方向。
3. 高增益：由于聚焦效应和方向性特点，抛物面天线具有较高的增益，可以提高通信和雷达系统的性能。
4. 抗干扰能力强：抛物面天线的主瓣辐射范围狭窄，能够减少对外界干扰信号的接收。
应用领域：抛物面天线广泛应用于无线通信和雷达系统中，包括卫星通信、无线电广播、雷达探测等领域。
抛物面天线的高增益和方向性特点使其成为长距离通信和目标探测的理想选择。
总结：抛物面天线利用抛物面的几何形状和电磁波的反射原理，实现了信号的聚焦和增强。
其工作原理简单明了，具有聚焦能力强、方向性强、高增益和抗干扰能力强等特点。
抛物面天线在无线通信和雷达系统中有着广泛的应用，为提高通信质量和目标探测能力发挥着重要作用。
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，它采用抛物面形状的反射器来聚焦电磁波信号，以增强接收或者发送信号的效果。
抛物面天线的工作原理可以分为发射和接收两个方面。
1. 发射原理：当抛物面天线作为发射天线时，它会将电磁波信号从天线的焦点发射出去。
发射天线通常由一个位于抛物面焦点处的辐射源（如一个天线元件或者一个反射器）和一个抛物面反射器组成。
辐射源产生电磁波信号，并将其传输到抛物面反射器上。
抛物面反射器会将电磁波信号聚焦在抛物面的焦点上，使信号能够以更强的功率发射出去。
2. 接收原理：当抛物面天线作为接收天线时，它会将电磁波信号聚焦到抛物面的焦点上，然后通过接收器进行信号的处理和解码。
接收天线通常由一个位于抛物面焦点处的接收器和一个抛物面反射器组成。
电磁波信号从空间中传入抛物面反射器，然后被反射器聚焦到焦点上。
接收器将聚焦的信号转换为电信号，并进行解调和处理，最终得到原始的信息信号。
抛物面天线之所以能够实现聚焦效果，是因为抛物面的形状具有特殊的几何特性。
抛物面的特点是所有从焦点发出的光线都会被反射到抛物面上的另一点上。
这种特性使得抛物面天线能够将电磁波信号从空间中聚焦到一个点上，从而提高了信号的强度和接收灵敏度。
抛物面天线的性能取决于其几何参数，如抛物面的曲率半径和焦距。
通常情况下，抛物面天线的曲率半径越小，焦距越短，聚焦效果越好。
然而，抛物面天线的几何参数也会影响其频率响应和方向性。
因此，在设计和应用抛物面天线时，需要根据具体的需求和应用场景进行合理的参数选择和优化。
总结起来，抛物面天线的工作原理是利用抛物面反射器的几何特性，将电磁波信号从天线的焦点发射出去或者聚焦到焦点上。
这种天线类型在通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用，并且具有较高的接收和发射效率。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理一、引言抛物面天线是一种常见的天线类型，广泛应用于通信领域。
本文将详细介绍抛物面天线的工作原理，包括其结构、工作方式以及性能特点。
二、结构抛物面天线由抛物面反射器和馈电源组成。
抛物面反射器通常由金属材料制成，形状为旋转抛物面，具有一个焦点和一个顶点。
馈电源位于抛物面反射器的焦点处，用于向天线提供射频信号。
三、工作原理1. 抛物面反射器抛物面反射器的作用是将从馈电源发出的射频信号聚焦到无线电波的发射或接收点。
当射频信号从馈电源进入抛物面反射器时，由于抛物面的形状，信号会被反射到抛物面的焦点处。
这种设计使得抛物面天线能够实现高增益和较强的方向性。
2. 馈电源馈电源是将射频信号传输到抛物面反射器的装置。
通常使用馈线或馈源天线来实现。
馈电源将射频信号引导到抛物面反射器的焦点处，使其能够被抛物面反射器聚焦并发射出去。
3. 工作方式抛物面天线的工作方式基于射频信号的反射和聚焦原理。
当射频信号从馈电源进入抛物面反射器时，抛物面反射器会将信号聚焦到其焦点处。
在发射模式下，射频信号从馈电源传输到抛物面反射器，然后被聚焦并辐射到空间中。
在接收模式下，抛物面反射器会将接收到的无线电波聚焦到焦点处，然后通过馈电源传输到接收设备。
四、性能特点1. 高增益：抛物面天线由于其抛物面的形状，能够实现较高的增益。
这意味着抛物面天线可以在发射和接收方向上实现更远的通信距离。
2. 方向性：抛物面天线具有较强的方向性，可以将射频信号聚焦在特定的方向上。
这使得抛物面天线在无线通信中可以选择性地发送或接收信号。
3. 抗干扰能力强：由于其较强的方向性，抛物面天线对于来自其他方向的干扰信号具有较好的抑制能力，可以提高通信质量和可靠性。
4. 宽频带：抛物面天线通常具有宽带特性，能够支持多种频率的射频信号传输。
五、应用领域抛物面天线广泛应用于各种通信系统中，包括卫星通信、无线电通信、雷达系统等。
其高增益和方向性特点使其成为远距离通信和定向通信的理想选择。
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F为抛物面的焦点。 f 为抛物面的焦距。 y为从焦点发出的射线与轴线的夹角。y0为从焦点发出到抛物 面边缘的射线与轴线的夹角。 r为从焦点发出与抛物面交点的距离。 D=2R0为抛物面的口径直径。
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偏置馈源
图(a)和图(b)例子的缺点： （1）抛物面反射的波又回入初级天线，由于产生 互作用而失配。 （2）初级天线起着障碍物的作用，遮挡了口径的 中心部分而加大了副瓣。 可采用偏置馈源解决上述问题。
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波导馈电的振子型馈源
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矩形波导传输TE10模激励。 对称振子安装在伸进波导口的金属平板上。 第一个振子长度略短于l/2,第二个振子略长于 l/2。相距l/3-l/4,相位中心在两个振子中间 略靠近振子1。
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同轴线馈电的振子型馈源
图a:1-抛物面；2-同轴线；3-对称振子；4-反射圆 盘；5-短路塞；6-l/4阻抗变换器；7-l/4扼流套； 2 E E cos y 方向图近似为： 0 图b是一种宽带馈源。馈源的相位中心位于振子和 反射面之间，略靠近反射面。
卡塞格伦天线的分析方法
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虚馈源法： 馈源辐射出的电磁波，经双曲面反射后到达 抛物面，犹如放在虚焦点F’的馈源辐射出的 电磁波。只是后者较前者少走了2a的路程。 卡塞伦天线的馈源口径尺寸与等效馈源相比， 允许有一个较大的值，也就是馈源口径尺寸 的放大作用。
D2 l 2 H 31o 79o D1 2 E 88
o
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l
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卡塞论天线的参数共有7个：D、f、d、fc，y0、 0、Lv。 独立的参数只有4个，其余3个参数可由抛物面及 双曲面的性质求出。
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抛物面在直角坐标系的几何关系
x 2 y 2 4 fz 在极坐标系中： y r siny , z f r cosy , r
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旋转抛物面具有两个主要的几何特性： 由焦点F出发的射线经抛物面反射后，反射线平 行于z轴，形成一束平行线。反之，当平行线经 抛物面反射后，全都会聚焦在焦点F。 由焦点F发出并经抛物面反射的各条线到达口径 面（或垂直于z轴的任一平面）所走的路程相等。 这一路程为： L FM FM ' r r cosy r (1 cosy ) 2 f 意味着焦点F发出的球面波反射后成为平面波。
焦距口径比f/D越大， 天线波瓣越窄，增益 越高。 给定增益，先确定口 径D，再选定f/D，抛 物面形状就确定了。 由上式或右图可求出 馈源需要照射的角度 2y0，据此设计馈源。
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2f 1 cosy
令y=y0,则y=D/2为 口径面半径，可得：
f 1 D 4 tan y 0 2
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抛物面天线对馈源的要求
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馈源应有一个确定的等效相位中心，保证辐射 球面波，相位中心应该在焦点上，以使口径上 得到等相位分布。 馈源辐射最好是单向和旋转对称，且副瓣电平 尽可能低。如果只要求天线增益最大，通常要 求口面边缘的场较口面中心的场低10dB左右。 馈源及其支撑物对口面的遮挡应尽量小。
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不同D/f 值时的主瓣宽度和旁瓣电平。随D/f 的变 小，口面张角y0变小，方向图的主瓣变窄，旁瓣 升高。
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等效抛物面法： FNN’经抛物面反射的 平行线和FN线的延伸 线得到交点Q。从馈源 向副反射面其他各点 作一系列的射线，然 后可得到一系列与Q点 相类似的交点，这些 交点形成的面为一抛 物面。这个抛物面叫 做卡塞格伦天线的等 效抛物面。
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下列3个方程表示卡塞论天线各参数之间的关系：
2 fc coty 0 cot 0 d 1 sin (y 0 0 ) 2 L 1 v 2 1 1 1 fc e sin (y 0 0 ) 2 D 4 tan 2 f
第15讲内容
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引言
旋转抛物面天线 卡塞格伦天线
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
y0
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离心率：
1 sin (y 0 0 ) 1 2 e 1 2L sin (y 0 0 ) 1 v 2 fc
已知4个参数可获得其他3个。
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若给定馈源方向图和抛物面形状，则可求得口面 场分布，进而求得抛物面天线E面和H面的辐射场 和方向图。 下图为馈源为带圆盘反射器的对称振子的旋转抛 物面天线在不同的口径焦距比时计算得到的方向 图曲线。
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天线 Antennas
第15讲
抛物面天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@
2014/4/16 Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
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双曲面的性质： （1）双曲线上任一点N到两个焦点的距离之差等于 常数
r ry 2a
（2）点源由双曲线的实焦点F向另一条双曲线照射， 不同点的反射线反向延长时，都相交于虚焦点F’。 因此，反射线犹如从位于F’点的点源所辐射出来。 这说明，由实焦点F发出的球面波可以等效为从虚 焦点F’发出。而双曲线的虚焦点F’又为抛物面 的焦点，故从焦点发出的球面波经抛物面反射后 必然成为口径面上的平面波