《天線與電波傳播》課件-17口徑天線

天線與電波傳播專題九口徑天線課堂設(shè)計教學(xué)內(nèi)容面天線的基本概念與惠更斯—菲涅爾原理常見口徑天線縫隙天線微帶天線喇叭天線拋物面天線面天線的基本概念與惠更斯—菲涅爾原理最簡單的面天線——開口波導(dǎo)面天線的主要形式有：（1）喇叭天線：由終端開口的波導(dǎo)，為加大口徑逐漸張開而形成的，常用的有矩形喇叭天線、圓形喇叭天線；通常用做標(biāo)準(zhǔn)增益天線、反射面天線的饋源。喇叭天線（2）反射面天線：它由饋源（也稱照射器）和金屬反射面構(gòu)成。饋源（照射器）通常由振子天線或喇叭天線構(gòu)成，金屬反射面對饋源產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行全反射，形成天線的方向性。常用的有拋物面天線、卡塞格倫天線。拋物面天線面天線的基本概念與惠更斯—菲涅爾原理惠更斯—菲涅爾原理惠更斯-菲涅耳原理：波在傳播的過程中，波陣面上每一點都是子波源，由這些子波源產(chǎn)生的球面波波前的包絡(luò)構(gòu)成下一時刻的波陣面。面天線的基本概念與惠更斯—菲涅爾原理惠更斯—菲涅爾原理惠更斯元及坐標(biāo)系統(tǒng)惠更斯元輻射場求解的等效原理：面元=電流元+磁流元縫隙天線是指在導(dǎo)電平面內(nèi)通過開口形成縫隙（或槽），加入饋電后形成輻射的天線。

理想縫隙可以等效為磁流源激勵的對稱縫隙，相同尺寸的帶狀對稱振子與之互補(bǔ)，所以我們可以通過互補(bǔ)的對稱振子的場來求縫隙天線的場。理想縫隙天線等效磁流振子互補(bǔ)帶狀對稱振子縫隙天線（1）H面方向圖是半個“8”

字。（2）E面方向圖為半圓。（3）有限金屬板上的方向圖有畸變。有限尺寸導(dǎo)電平面上的縫隙天線的方向圖具有以下幾個特點：縫隙天線微帶貼片天線微帶天線是由導(dǎo)體薄片粘貼在背面有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上形成的天線。優(yōu)點：（1）體積小，重量輕，低剖面，能與載體共形；（2）制造成本低，易于批量生產(chǎn)；天線的散射截面較小；（3）能得到單方向的寬瓣方向圖，最大輻射方向在平面的法線方向；（4）易于和微帶線路集成；（5）易于實現(xiàn)線極化和圓極化，容易實現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作。微帶天線矩形微帶天線矩形微帶天線結(jié)構(gòu)及等效面磁流密度90?180?150?120?90?60?30?0?-5dB(a)H面（xOz面）(b)E面（xOy面）-90?-60?-30?0?30?60?-5dB實測值計算值(W=1㎝，L=3.05㎝，f=3.1GHz)微帶天線雙頻微帶天線

同軸線饋縫隙負(fù)載貼片天線結(jié)構(gòu)WPydWsW1LLSlzWh天線的|S11|參數(shù)曲線|S11|/dB0-10-20-304.08.012.0f/GHz測量值WP=6.5mmWP=5.5mmWP=4.5mmWP=6.5mm微帶天線雙頻微帶天線分層雙頻圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖（a）俯視圖（b）側(cè)視圖W0S1WbWtLtLbS2S3S4εr3，h3εr2，h2εr1，h11.01.11.21.31.41.51.61.71.80-2-4-6-8-10-12-14-16-18-20f/GHz|S11|/dBLt=62.275mm，Wt=58.750mm，Lb=78.765mm，Wb=75.5mm，S1=20.79mmS2=8.36mm，S3=10.4mm，W0=9.8mm，h1=31.4mm，h2=h3=1.57mm分層雙頻圓極化微帶天線的|S11|參數(shù)曲線FDTD實測喇叭天線剌叭天線的種類及其輻射（a）H面扇形喇叭（b）E面扇形喇叭（c）角錐喇叭（d）圓錐喇叭剌叭天線的口徑場zxyzDbyxaE面扇形喇叭的場結(jié)構(gòu)喇叭天線剌叭天線的口徑場H面扇形喇叭的場結(jié)構(gòu)oxyzzxyDao′RH喇叭天線剌叭天線的口徑場RE=RH=R角錐喇叭的口徑場yzDboo′MDax喇叭天線剌叭天線的方向性方向函數(shù)E面方向函數(shù)：H面方向函數(shù)：喇叭天線剌叭天線的方向性增益系數(shù)E面扇形喇叭：H面扇形喇叭：角錐喇叭：喇叭天線剌叭天線的方向性主瓣寬度E面扇形喇叭：H面扇形喇叭：角錐喇叭：喇叭天線剌叭天線輻射圓極化波雙探針圓極化天線的剖視圖喇叭口輸入同軸線激勵探針喇叭天線剌叭天線輻射圓極化波AA剖視圖單探針圓極化天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖蓋板外殼調(diào)整銷釘喇叭口法蘭盤帶激勵銷的彎插頭輸入45?AA喇叭天線調(diào)整銷釘激勵探針調(diào)整銷釘（b）激勵探針激勵的TE11型波電場E（a）垂直于調(diào)整銷釘?shù)碾妶龇至縀1（c）平行于調(diào)整銷釘?shù)碾妶龇至縀2圓波導(dǎo)內(nèi)TE11波電場分解圖示45?EE2E190?0剌叭天線輻射圓極化波喇叭天線拋物面天線

旋轉(zhuǎn)拋物面天線（ParaboloidalReflectorAntennas）是應(yīng)用最廣泛的天線之一，它由饋源和反射面組成。天線的反射面由形狀為旋轉(zhuǎn)拋物面的導(dǎo)體表面或?qū)Ь€柵格網(wǎng)構(gòu)成，饋源是放置在拋物面焦點上的具有弱方向性的初級照射器，它可以是單個振子或振子陣，單喇叭或多喇叭，開槽天線等。利用拋物面的幾何特性，拋物面天線可以把方向性較弱的初級輻射器的輻射反射為方向性較強(qiáng)的輻射。拋物面的幾何關(guān)系旋轉(zhuǎn)拋物面天線具有以下兩個重要性質(zhì)：（1）點F

發(fā)出的光線經(jīng)拋物面反射后，所有的反射線都與拋物面軸線平行；（2）由F

點發(fā)出的球面波經(jīng)拋物面反射后成為平面波。等相位面是垂直O(jiān)F

的任一平面。拋物面天線拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：拋物面的口徑與張角f：拋物面焦距；

R0：拋物面反射面的口徑半徑；D：拋物面反射面的口徑直徑，D=2R0；(a)長焦拋物面(b)中焦拋物面(c)短焦拋物面拋物面天線卡塞格倫天線等效于焦距變長了的拋物面天線。優(yōu)點：（1）以較短的縱向尺寸實現(xiàn)了長焦距拋物面天線的口徑場分布，因而具有高增益，窄波束。（2）由于饋源后置，縮短了饋線長度，降低了由傳輸線帶來的噪聲。（3）設(shè)計自由度增大，可以靈活地選取主反射面和副反射面形狀，實現(xiàn)對波束的賦形。拋物面天線缺點：副反射面的邊緣繞射效應(yīng)較大，容易引起主反射面口徑場分布的畸變，副反射面的遮擋也會使方向圖變形。解決方法在于修改主副反射面形狀（改進(jìn)型卡塞格倫天線）。日前，中國正在建造的世界最大口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程，位于貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼，該望遠(yuǎn)鏡口徑為500米口徑，占地約30個足球場大小。500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程(簡稱FAST工程)是2007年底正式立項，2011年3月正式開工，建設(shè)周期