《天线与电波传播》课件-17口径天线

天线与电波传播专题九口径天线课堂设计教学内容面天线的基本概念与惠更斯—菲涅尔原理常见口径天线缝隙天线微带天线喇叭天线抛物面天线面天线的基本概念与惠更斯—菲涅尔原理最简单的面天线——开口波导面天线的主要形式有：（1）喇叭天线：由终端开口的波导，为加大口径逐渐张开而形成的，常用的有矩形喇叭天线、圆形喇叭天线；通常用做标准增益天线、反射面天线的馈源。喇叭天线（2）反射面天线：它由馈源（也称照射器）和金属反射面构成。馈源（照射器）通常由振子天线或喇叭天线构成，金属反射面对馈源产生的电磁波进行全反射，形成天线的方向性。常用的有抛物面天线、卡塞格伦天线。抛物面天线面天线的基本概念与惠更斯—菲涅尔原理惠更斯—菲涅尔原理惠更斯-菲涅耳原理：波在传播的过程中，波阵面上每一点都是子波源，由这些子波源产生的球面波波前的包络构成下一时刻的波阵面。面天线的基本概念与惠更斯—菲涅尔原理惠更斯—菲涅尔原理惠更斯元及坐标系统惠更斯元辐射场求解的等效原理：面元=电流元+磁流元缝隙天线是指在导电平面内通过开口形成缝隙（或槽），加入馈电后形成辐射的天线。

理想缝隙可以等效为磁流源激励的对称缝隙，相同尺寸的带状对称振子与之互补，所以我们可以通过互补的对称振子的场来求缝隙天线的场。理想缝隙天线等效磁流振子互补带状对称振子缝隙天线（1）H面方向图是半个“8”

字。（2）E面方向图为半圆。（3）有限金属板上的方向图有畸变。有限尺寸导电平面上的缝隙天线的方向图具有以下几个特点：缝隙天线微带贴片天线微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线。优点：（1）体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形；（2）制造成本低，易于批量生产；天线的散射截面较小；（3）能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；（4）易于和微带线路集成；（5）易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。微带天线矩形微带天线矩形微带天线结构及等效面磁流密度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实测值计算值(W=1㎝，L=3.05㎝，f=3.1GHz)微带天线双频微带天线

同轴线馈缝隙负载贴片天线结构WPydWsW1LLSlzWh天线的|S11|参数曲线|S11|/dB0-10-20-304.08.012.0f/GHz测量值WP=6.5mmWP=5.5mmWP=4.5mmWP=6.5mm微带天线双频微带天线分层双频圆极化微带天线结构示意图（a）俯视图（b）侧视图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分层双频圆极化微带天线的|S11|参数曲线FDTD实测喇叭天线剌叭天线的种类及其辐射（a）H面扇形喇叭（b）E面扇形喇叭（c）角锥喇叭（d）圆锥喇叭剌叭天线的口径场zxyzDbyxaE面扇形喇叭的场结构喇叭天线剌叭天线的口径场H面扇形喇叭的场结构oxyzzxyDao′RH喇叭天线剌叭天线的口径场RE=RH=R角锥喇叭的口径场yzDboo′MDax喇叭天线剌叭天线的方向性方向函数E面方向函数：H面方向函数：喇叭天线剌叭天线的方向性增益系数E面扇形喇叭：H面扇形喇叭：角锥喇叭：喇叭天线剌叭天线的方向性主瓣宽度E面扇形喇叭：H面扇形喇叭：角锥喇叭：喇叭天线剌叭天线辐射圆极化波双探针圆极化天线的剖视图喇叭口输入同轴线激励探针喇叭天线剌叭天线辐射圆极化波AA剖视图单探针圆极化天线内部结构示意图盖板外壳调整销钉喇叭口法兰盘带激励销的弯插头输入45˚AA喇叭天线调整销钉激励探针调整销钉（b）激励探针激励的TE11型波电场E（a）垂直于调整销钉的电场分量E1（c）平行于调整销钉的电场分量E2圆波导内TE11波电场分解图示45˚EE2E190˚0剌叭天线辐射圆极化波喇叭天线抛物面天线

旋转抛物面天线（ParaboloidalReflectorAntennas）是应用最广泛的天线之一，它由馈源和反射面组成。天线的反射面由形状为旋转抛物面的导体表面或导线栅格网构成，馈源是放置在抛物面焦点上的具有弱方向性的初级照射器，它可以是单个振子或振子阵，单喇叭或多喇叭，开槽天线等。利用抛物面的几何特性，抛物面天线可以把方向性较弱的初级辐射器的辐射反射为方向性较强的辐射。抛物面的几何关系旋转抛物面天线具有以下两个重要性质：（1）点F

发出的光线经抛物面反射后，所有的反射线都与抛物面轴线平行；（2）由F

点发出的球面波经抛物面反射后成为平面波。等相位面是垂直OF

的任一平面。抛物面天线抛物面天线的结构参数有：抛物面的口径与张角f：抛物面焦距；

R0：抛物面反射面的口径半径；D：抛物面反射面的口径直径，D=2R0；(a)长焦抛物面(b)中焦抛物面(c)短焦抛物面抛物面天线卡塞格伦天线等效于焦距变长了的抛物面天线。优点：（1）以较短的纵向尺寸实现了长焦距抛物面天线的口径场分布，因而具有高增益，窄波束。（2）由于馈源后置，缩短了馈线长度，降低了由传输线带来的噪声。（3）设计自由度增大，可以灵活地选取主反射面和副反射面形状，实现对波束的赋形。抛物面天线缺点：副反射面的边缘绕射效应较大，容易引起主反射面口径场分布的畸变，副反射面的遮挡也会使方向图变形。解决方法在于修改主副反射面形状（改进型卡塞格伦天线）。日前，中国正在建造的世界最大口径球面射电望远镜工程，位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼，该望远镜口径为500米口径，占地约30个足球场大小。500米口径球面射电望远镜工程(简称FAST工程)是2007年底正式立项，2011年3月正式开工，建设周期