卡塞格倫天線的工作原理

1、卡塞格倫天線的工作原理時(shí)間：2015-08-10  來(lái)源：天線設(shè)計(jì)網(wǎng)  TAGS：卡賽格倫  我們已經(jīng)知道，反射面天線的方向圖形狀（波束指向、主瓣寬度、副瓣電平）決定于天線口徑上的場(chǎng)(或電流)分布。而口徑場(chǎng)分布又由饋源的方向圖和反射面的形狀確定。改變反射面的形狀，即采用長(zhǎng)焦距的反射面來(lái)得到較均勻的口徑場(chǎng)分布。但是，焦距變長(zhǎng)之后，天線縱向尺寸變大，這不僅使結(jié)構(gòu)上不便，而且饋線變長(zhǎng)會(huì)增加損耗，對(duì)遠(yuǎn)距離通訊來(lái)說(shuō)增加噪聲，降低效率。另外，要獲得低副瓣(如-40dB)，口徑場(chǎng)振幅分布還不能是均勻的，應(yīng)滿足一定分布規(guī)律。這由單反射面和一個(gè)饋源來(lái)調(diào)

2、整是困難的。采用雙反射面天線，可方便地控制口徑場(chǎng)分布。既可以使反射面的焦距較短，又可保證得到所需的天線方向圖，而且使設(shè)計(jì)增加了靈活性。雙反射面天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起源于卡塞格倫光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。這種光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以其發(fā)明人卡塞格倫Cassegrain命名。下圖為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中電集團(tuán)39所聯(lián)合研制的 40米射電望遠(yuǎn)鏡，位于中科院云南天文臺(tái)（昆明東郊鳳凰山），于2005年8月動(dòng)工興建，2006年5月投入運(yùn)行。40米射電望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)，是接收嫦娥衛(wèi)星下行的科學(xué)數(shù)據(jù)并參與完成對(duì)繞月衛(wèi)星的精密測(cè)軌。40米射電望遠(yuǎn)鏡是一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)式卡塞格倫型天線，總重約360噸。天線主反射面直徑40米，由464塊鋁合金實(shí)體單塊面

3、板和不銹鋼網(wǎng)狀單塊面板構(gòu)成，中央（直徑26米以內(nèi)部分）由208塊實(shí)體單塊面板構(gòu)成，周邊直徑26米至40米部分則由256塊網(wǎng)狀單塊面板構(gòu)成。正十六邊形的天線中心體空間行架結(jié)構(gòu)及輻射梁、環(huán)梁構(gòu)成天線的主反射體背架結(jié)構(gòu)。40米天線饋電采用后饋卡焦方式，焦長(zhǎng)為13.2米。直徑4.2米的雙曲線副反射體由4根與俯仰軸成450 方向?qū)ΨQ布局的支撐柱支撐。是不是很高大上呢？標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線的組成標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線由主反射面、副反射面和饋源組成。為了獲得聚焦特性，主反射面必須是旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面，饋源可以是各種形式，但一般用喇叭作饋源，安裝在主、副反射面之間，其相位中心應(yīng)置于旋轉(zhuǎn)雙曲面的焦點(diǎn)上，雙曲

4、面的安裝應(yīng)使雙曲面的虛焦點(diǎn)與拋物面的焦點(diǎn)重合，如圖所示。 卡塞格倫天線整個(gè)就是一個(gè)軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。副反射面通常置于喇叭饋源的遠(yuǎn)區(qū)。如果喇叭輻射的球面波方向圖是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，側(cè)卡式天線就具有軸對(duì)稱性能?？ㄈ駛愄炀€的工作原理卡式天線的工作原理與拋物面天線的相似，拋物面天線利用拋物面的反射特性，使得由其焦點(diǎn)處的饋源發(fā)出的球面波前，經(jīng)拋物面反射后轉(zhuǎn)變?yōu)樵趻佄锩婵趶缴系钠矫娌ㄇ?，從而使拋物面天線具有銳波束、高增益的性能?？ㄊ教炀€在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)雙曲面。天線作發(fā)射時(shí)，由饋源喇叭發(fā)出的球面波首先由雙曲面反射，然后再經(jīng)主反射面(拋物面)反射出去。根據(jù)雙曲面和拋物面的性質(zhì)，由F'發(fā)出的任意一條射線

5、到達(dá)某一口徑面的波程相等，即，則相位中心在F'處的饋源輻射的球面波前，必將在主反射面的口徑上變?yōu)槠矫娌ㄇ埃尸F(xiàn)同相場(chǎng)，即S0面為等相位面，使卡式天線具有銳波束、高增益性能。天線作接收時(shí)的過(guò)程正好相反，外來(lái)平面波前經(jīng)主、副反射面反射之后，各射線都將匯聚到饋源所在點(diǎn)F'，由喇叭接收。卡氏天線的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）饋線短（2）空間衰減SA?。?）減小漏溢（4）等效焦距長(zhǎng)（3）設(shè)計(jì)靈活（7個(gè)參數(shù)） 等缺點(diǎn)：（1）副反射面的遮擋大，但對(duì)要求G很高的天線來(lái)說(shuō)，主反射面很大的話，這個(gè)遮擋相對(duì)就小。（2）造價(jià)高?？ㄈ駛愄炀€的幾何參數(shù)卡式天線的幾何參數(shù)關(guān)系如圖所示：雙曲面的四個(gè)參量： 

6、0;                         拋物面有三個(gè)參量：(1) 雙曲面直徑                              (1) 拋物面直徑dD(2) 雙曲面焦距fc                            (2) 拋物面焦距f(3) 雙曲面半張角0                           (3) 半張角0(4) 雙曲面頂點(diǎn)到拋物面焦點(diǎn)距離Lv在這七