抛物面天线的工作原理 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。 3.2.2 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。将馈源移出天线反射面的口径，可消除馈源及其支撑物对电磁波的遮挡。图3-3示出了偏馈反射面天线的结构示意图。 实际上，偏馈反射面是在旋转抛物反射面上截取一部分而构成的。它同样可将焦点发出的球面波转换成沿轴向传播的平面波。馈源的相位中心仍放在原抛物面的焦点上，但馈源的最大辐射须指向偏馈反射面的中心。尽管反射面的轮廓呈椭圆型，但它的口径仍是一个圆。此外，对于偏馈天线而言，电磁波的最大辐射方向并不在偏馈反射面的法向，而是与法向成一定的夹角。这一特点也是偏馈天线的另一特 色，如图3-4所示。对于偏馈天线有式中，ψo是抛物面轴线与焦点到反面中心联线的夹角。反射面在这条中心两旁张成2ψe的角度。 图 3-3 偏馈天线的结构图 图 3-4 偏馈反射面天线的几何关系图
面天线的结构和工作原理 一、抛物面天线 （一）抛物面天线的结构 常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分组成： 照射器，由一些弱方向性天线来担当，想短电对称振子天线，喇叭天线。 作用：是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。 抛物面，它一般有导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5-3（mm），或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栅栏。网孔的最大值要求小于λ/8-λ/10，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。 作用：构成天线辐射场方向性的主要部分。 图 1-1 普通抛物面天线的结构图图 1-2 普通抛物面天线的几何关系图（二）工作原理 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、卡塞格伦天线
（一）卡塞格伦天线的结构 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，其主反射面是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面。卡塞格伦天线的结构与普通抛物面天线的差别，不仅在于多了一个副反射面，而且把馈源安装到了主反射面后面上，如图1-3所示。故有时也把卡塞格伦天线称为后馈天线。 图 1-3 卡塞格伦天线的结构图 （二）卡塞格伦天线的工作原理 卡塞格伦天线的工作原理是，根据双曲面的性质，由F2发出的电磁波被副面反射，其反射的电磁波方向可以看成是共轭焦点F1发出的射线方向。又因为F1是抛物面的焦点，所以，由F2发出的电磁波经副反射面和主反射面反射后，在口径面形成同相场，从而得到平行于轴向的电磁辐射波。 双反射面的优点之一在于可以采用赋形技术。如果修正旋转双曲面的形状，使口径场分布符合要求，同时适当地修改主面以校正由于副面改变而引起的口径场相位差，那么，卡塞格伦天线将有较高的电性能。但卡塞格伦天线的副面直径一般要取较大，这在小口径天线中会造成较大的遮挡，所以在小天线中很少采用卡塞格伦结构方案。
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。
天线原理与设计习题集 第一章 天线的方向图 1．如图1为一元天线，电流矩为Idz ，其矢量磁位表 示为A r j 0r 4Idz ?βπμ?=e z A ，试求解元天线的远区辐射电磁场。 ?θH E ,2．已知球面波函数r e r j /βψ?=，试证其满足波动方程： 022=+?ψβψ 3．如图2所示为两副长度为λ=A 2的对称线天线，其上的电流分别为均匀分布和三角形分布，试采用元天线辐射场的叠加原理，导出两天线的远区辐射场，方向图函数?θH E ,),(?θf 和归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出它们在yoz 平面和xoy 平面内的方向图的示意图。 4．有一对称振子长度为，其上电流分布为：A 2|)|(sin )(z I z I m ?=A β试导出： (1) 远区辐射场; ?θH E ,(2) 方向图函数),(?θf ； (3) 半波天线(2/2λ=A )的归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出其E 面 和H 面内的方向图示意图。 (4) 若对称振子沿y 轴放置，导出其远区场表达式和E 面、H 面方向图 函数。 H E , 5．有一长度为2/λ=A 的直导线，其上电流分布为，试求该天线的 方向图函数z j e I z I β?=0)(),(?θF ，并画出其极坐标图。 6．利用方向性系数的计算公式: ∫∫ = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 计算：(1) 元天线的方向性系数； (2) 归一化方向图函数为 ???≤≤≤≤=其它,0 0,2/,csc ),(0 0??πθθθ?θF 的天线方向性系数。
(3) 归一化方向图函数为： ?? ?≤≤≤≤=其它,0 20,2/0,cos ),(π ?πθθ?θn F n=1和2时的天线方向性系数。 7．如图3所示为二元半波振子阵，两单元的馈电电流关系为/212j I I e π=，要求导出二元阵的方向图函数),(?θT f ，并画出E 面(yz 平面)和H 面(xy 平面)方向图。 8．有三付对称半波振子平行排列在一直线上,相邻振子 间距为d ，如图4所示。 (1) 若各振子上的电流幅度相等，相位分别为 ββ,0,?时，求xy 面、yz 面和H 面方向图函数。 (2) 若4/λ=d ，各振子电流幅度关系为1:2:1，相位 关系为2/,0,2/ππ?时，试画出三元阵的E 面和H 面方向图。 9. 由四个元天线组成的方阵，其排列如图5所示。每个单元到阵中心的距离为8/3λ，各单元的馈电幅度相等，单元1和2同相，单元3和4同相但与1和2反相。试导出该四元阵的方向图函数及阵因子，并草绘该阵列xoy 平面内的方向图。 10. 设地面为无限大理想导电平面。图6所示为由等幅同相馈电的半波振子组成的水平和垂直二元阵，试求其 E 面方向图函数，要求： (1) 对图(a)求出xz 面和yz 面方向图函数，并画出xz 面的方向图； (2) 对图(b) 求出xz 面、yz 面 和xy 面方向图函数，并画出这三个面内的方向图；。 11．一半波对称振子水平架设在理想导电平面上，架设高度为。试分别画出h 0.25,0.5h λλ=两种情况下的E 面和H 面方向图，并比较所得结果。 12．由长为4/λ=A 的单极天线组成的八元天线阵如图7所示，各单元垂直于地
Efficient Feed for Offset Parabolic Antennas for 2.4 GHz Dragoslav Dobri?i?, YU1AW 2.4GHz 抛物面天线的高效馈源 Resume 摘要 This article examines some of the possible solutions to the problems of efficiently illuminating SAT TV offset parabolic antennas in the use on WLAN frequencies of 2.4 GHz.. 本文探讨用于2.4GHz频段的卫星电视偏馈抛物面天线的馈源的解决办法。 Introduction 引言 The problems that occur while illuminating shallow offset parabolic dishes, in addition to those related to the efficient use of parabolic dishes generally are additionally aggravated by the specific geometry of the parabolic mirror itself. [2] Feed positioning in the way that its phase center exactly coincides with the focus of the offset parabolic dish and its aiming so that the radiation maximum falls in the geometric center of the elliptic reflector surface are not intuitive at all, as in classic parabolic antennas. Therefore, there is much confusion and many wrongly positioned feeds that do not correctly illuminate offset parabolic dishes, decreasing their efficiency and gain. 这个问题时常存在于一些浅照射的偏馈抛物面天线,除了和抛物面天线有效利用有关之外，抛物面反射镜本身的具体尺寸[2]又使之更加严重。馈源的定位方式——其相位中心必须严格与偏馈抛物面天线的焦距保持一致，而且对准。这样，其最大辐射值落在椭圆形反射面的几何中心，是不直观的，正如在经典抛物线天线那样。因此，有许多混乱，许多错误的馈源定位，不能正确地照射偏馈抛物面天线，降低了它们的效率和增益。 The optimal feed for some given parabola has to fulfill several important characteristics: 对于给定抛物面天线最佳馈源必须具有几个重要特点： 1.The radiation angle of the main beam, between the points in which the gain is -10dB in relation to the maximal value, has to match the subtended angle. The feed radiation angle, both in horizontal and in vertical plane has to be the same, regardless the ellipticity of offset parabola. 1、主束的辐射角度，在辐射功率为-10dB的点到最大值之间，必须与张角相配。馈源的辐射角在水平和垂直都应当相同。而不管偏馈抛物面的椭圆率如何。 2.The phase center of the feed has to be well defined and stable with changes of frequencies within the working range. The change of the phase within the whole angle of illumination has to be as small as possible.
第八章 口径天线的理论基础(8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方 法。 答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分： ①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题； 通过界面上的边界条件相互联系。 近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。 外部问题的求解主要有： 辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法； 等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。 (8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。 答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。 在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。 B A l nds =? 光程长度： 在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。''PdA P dA = 应用： ①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图 为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。 ②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可 用同样类似的方法求解。 (8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。 解：惠更斯元产生的场： (1cos )2SP j r S SP jE dE e r βθλ-?= ?+?? 222)()(z y y x x r S S SP +-+-= r , r sp >>D (最大的一边)
工学院课程考核论文 课程名称：微波技术与天线 题目：板状天线基本原理及分析专业：电子信息工程 班级：08级1班 姓名：李亮亮 学号：1665080115 任课教师：张平娟
摘要 本文主要介绍了板状天线的原理以及做出相应的分析。 由于微带天线具有重量轻、低剖面、成本低、易于制造、封装和安装等许多固有的优点，本文选用微带贴片天线作为天线单元。首先采用传输线法和腔模理论对矩形微带天线进行分析，计算出矩形贴片的长，宽，并选择基板材料和高度。然后针对设计指标详细讨论了各种因素对微带贴片天线性能的影响，用背馈的方式完成了微带贴片天线单元的设计方案，从而简化馈电网络。 板状天线基本原理及分析 一．板状天线基本原理 板状天线的基本知识： 无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。 图1-1板状天线的基本形式 如图所示，板状天线是在阵列天线或者天线单元的下方加上一块反射板，使波束往前方发射，利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的图1－2说明了反射面的作用，反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。天线的基本知识全向阵（垂直阵列不带平
面反射板）。抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源，基站天线可供设计的参数是天线的垂直波瓣和水平波瓣，垂直波瓣是通过阵列天线来实现的，而水平波瓣是由所采用的天线单元样式和相应的反射板所决定。 图1-2水平面方向图 板状天线高增益的形成： 1.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵，如图1-3 图1-3直线阵的方向和模型 2.在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例），如图2-4
卫视经纬版 电子报/2002年/04月/21日/第008版/ 自制大口径抛物面天线 江西张敏 本人对大口径抛物面天线心仪已久,可惜该类天线价格不菲。无奈之下,本人遂蒙生自制的念头。经过深思熟虑,年前动手试制,竟一举成功!高兴之余,现将关键工艺介绍如下,愿与有志之士共享! 一、精工制作抛物线模具 常常听人告诫:抛物面天线精度高,手工打造的天线,只能当作摆设!为此,本人特别设计如下制作工艺,经实践证明,方法简单,一试即成! 抛物面天线直径2.4m,焦距1.2m,抛物线标准方程式:Y2= 4.8X 取刨花板(2.4m 1.2m)一块,水平放置于地上,在上面精确画出Y2= 4.8X的抛物线。用手锯沿抛物线锯开,即得到一条标准的抛物线截面。用扁铁沿抛物线截面绷紧并钉牢,这样就获得了一条光滑、坚硬的抛物线截面模具。 将刨花板垂直安置在地面上,并用铅垂线校正,以确保X轴垂直于地平面。最后,将模具牢牢固定即可(见图1)。 二、制作抛物线天线骨架 天线骨架由6个不同直径的钢筋圆圈和6条固定钢筋焊接而成。钢筋圆圈的制作数据见下表。 用 14mm的钢筋在弯管机上分别弯制出6、5、4、3、2、1圆圈,并用电焊焊好接头。将圆圈6水平安放到模具上,用水平仪校正,然后牢牢固定,用同样的方法,将圆5安装到模具上。然后取两小段钢筋,用电弧焊将圆5和圆6沿抛物线对称焊牢。圆4、3、2、1和0原点钢板均照此方法安装并焊牢。最后,用 2.5mm铁钉从钢板中心孔钉入模具抛物线截面顶点O内。 至此,抛物面天线骨架已焊接成一个整体了,将此骨架顺时针旋转60,沿着抛物线对称焊入两根固定筋。照此方法,将6根固定筋全部焊牢,天线骨架制作完毕。 三、安装反射网 反射网就地取材,无特殊要求。本人在一家电焊店购得两张镀锌铁丝网(下脚料),将它们沿对角线剪开,得到4张三角形铁丝网。将天线骨架从模具上取下来,把4张铁丝网压入骨架并初步整平固定,然后放在模具上,压平压紧,用铁丝固定。接着将骨架顺时针转动一个小角度,压平压紧铁丝网,用铁丝固定。照此方法,将铁丝网固定到骨架上。最后,还要用模具精确校正一遍,以确保操作精度。 四、安装支架 用一根长0.9m和一根长1.2m的钢筋焊成一个直角。将1.2m钢筋的一端固定到焦点处,将0.9m钢筋的一端与圆6焊牢。在焦点处可配焊一小段角铁,便于安装下变频器件(见图2)。 五、安装基座及调试 安装调试方法报刊上介绍较多,本文不再赘述。在天线调整好方位角和仰角后,根据具体情况,在内架上焊入3~4根钢筋以固定天线。笔者将该天线喷上草绿色油漆安放在小院内的绿色树丛中,与环境非常协调、融洽。
卡塞格伦天线的工作原理 时间：2015-08-10 来源：天线设计网TAGS：卡赛格伦 我们已经知道，反射面天线的方向图形状（波束指向、主瓣宽度、副瓣电平）决定于天线口径上的场(或电流)分布。而口径场分布又由馈源的方向图和反射面的形状确定。改变反射面的形状，即采用长焦距的反射面来得到较均匀的口径场分布。但是，焦距变长之后，天线纵向尺寸变大，这不仅使结构上不便，而且馈线变长会增加损耗，对远距离通讯来说增加噪声，降低效率。 另外，要获得低副瓣(如-40dB)，口径场振幅分布还不能是均匀的，应满足一定分布规律。这由单反射面和一个馈源来调整是困难的。采用双反射面天线，可方便地控制口径场分布。既可以使反射面的焦距较短，又可保证得到所需的天线方向图，而且使设计增加了灵活性。双反射面天线系统的设计起源于卡塞格伦光学望远镜。这种光学望远镜以其发明人卡塞格伦Cassegrain命名。下图为中国科学院国家天文台、中电集团39所联合研制的 40米射电望远镜，位于中科院云南天文台（昆明东郊凤凰山），于2005年8月动工兴建，2006年5月投入运行。40米射电望远镜的主要任务，是接收嫦娥卫星下行的科学数据并参与完成对绕月卫星的精密测轨。 40米射电望远镜是一台转台式卡塞格伦型天线，总重约360吨。天线主反射面直径40米，由464块铝合金实体单块面板和不锈钢网状单块面板构成，中央（直径26米以内部分）由208块实体单块面板构成，周边直径26米至40米部分则由256块网状单块面板构成。正十六边形的天线中心体空间行架结构及辐射梁、环梁构成天线的主反射体背架结构。40米天线馈电采用后馈卡焦方式，焦长为13.2米。直径4.2米的双曲线副反射体由4根与俯仰轴成450 方向对称布局的支撑柱支撑。是不是很高大上呢？
馈源方向图可以作为激励引入。 大型抛物面天线的FEKO仿真计算 发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太 关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 1 前言 在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。 在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 2 馈源仿真计算 对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。
无线网络WiFi天线原理 1.7.2 高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20dBi。它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。 抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。 抛物面天线一般都能给出不低于 30 dB 的前后比，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。 1.7.3 八木定向天线 八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10-15dBi。 1.7.4 室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR ≤ 2 。当然，能达到VSWR ≤ 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。 1.7.5 室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内壁挂天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dBi。 2 电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为： GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHz CDMA: 806 - 896 MHz 806 - 960 MHz 频率范围属超短波范围；1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。 2.1 自由空间通信距离方程 设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式： L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [ 举例] 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz 问：R = 500 m 时， PR = ？ 解答： (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)
西南交通大学2012－2013 学年第( 2 )学期期 中考试试卷 课程代码 3143373 课程名称 天线原理与设计 考试时间 90分钟 阅卷教师签字： 一． 判断题：（20分）（正确标√，错误标?，每题2分） 1． 元天线的方向性系数为1.5。（√） 2． 元天线的远区辐射场是平面波。（?） 3． 在功率方向图中，功率为主瓣最大值一半对应两点所张的 夹角就是主瓣宽度。（√ ） 4． 侧射式天线阵须满足各单元馈电幅度和相位均相等。（√ ） 5． 坡印亭矢量法可以求出天线的辐射阻抗。（? ） 6． 对称振子的平均特性阻抗愈小，其频率特性就愈好。（√ ） 7． 对称振子的谐振长度总是略大于0.25和0.5。（? ） 8． 右旋圆极化天线可以接收左旋圆极化天线发射的信号。 （? ） 9． 要使接收天线接收到的功率达到最大，需满足阻抗匹配和 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线
极化匹配。（√ ） 10．笼形天线设计增加了阻抗频带宽度。（√ ） 二． 填空题：（30分，每空2分） 1.在场强方向图中，主瓣宽度是指场强大小下降到最大值的（ 0.707 ）倍处对应的两点之间的夹角。 2. 在功率方向图中，主瓣宽度是指功率大小下降到最大值的（ 0.5 ）倍处对应的两点之间的夹角。 3. 在分贝方向图中，主瓣宽度是指场强的分贝值下降到（-3 ）dB 处对应的两点之间的夹角。 4.当2/(1.44)l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在0 90m θ=。 5.当2/ 1.44l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在 (90)m θ=。 6.半波天线的归一化方向图()cos cos 2( )sin F πθθθ ?? ???=， 方向性系数(1.64)D =，输入阻抗(73.142.5)Z j =+Ω。 7.间距为 d 的二元等幅同相(1,0)m α==阵因子 ()cos ,(2cos )a d f πθ θ?λ =。 8.间距为d 的二元等幅反相(1,)m απ==阵因子 ()cos ,(2sin )a d f πθ θ?λ =。 9. 间距为d 的均匀直线式N 元天线阵的阵因子
微波技术与天线（重修学习作业） 教材：《微波技术与天线》（第三版），王新稳，李延平，李萍，电子工业出版社，2011 第一章传输线理论 1.1 长线理论 1）了解分布参数电路与传输线方程 2）传输线输入阻抗与反射系数 3）传输线工作状态分析，Smith圆图 4）传输线的阻抗匹配 1.2 波导与同轴线 1）导波系统一般分析，波导传输线 2）矩形波导，TE10模分析 学习重点： 1）传输线分析与计算，输入阻抗与驻波分析（习题1-7，1-8，1-10，1-45，1-46）2）阻抗匹配分析与设计；（习题1-21） 3）波导截止模式，矩形波导，TE10模分析；（习题1-25，1-30） 4）矩形波导传输模式与工作参数，矩形波导设计与分析；（习题1-49，1-50） 书本：26页，例1-2；28页，例1-4；40页，例1-10； 第二章微波网络 1）了解网络概念，微波元件等效网络； 2）散射矩阵S；双端口网络传输散射矩阵，工作特性参数 学习重点：1）无耗互易网络S参数， 2）S参数测量；（习题2-11，2-17，书本：105-107页） 第三章微波元件 1）阻抗匹配与变换元件 2）定向耦合元件，匹配双T 3）微波谐振器 学习重点：1）阻抗匹配；（习题3-2）；矩形谐振器；（习题3-28） 2）定向器（习题3-17）；匹配双T（习题3-21）； 书本：152页，例3-6； 第四章天线基本理论 1）了解基本振子的辐射场； 2）对称振子的辐射场 3）发射天线的电参数； 4）接收天线理论；自由空间电波传播 学习重点：1）对称振子方向图（习题4-9）； 2）天线电参数（习题4-20）；电波传播与接收天线理论（习题4-28） 书本：198页，例4-2；199页，例4-3；
第八章 口径天线理论基础 在第七章以前我们讨论的是线状天线，其特点是天线呈直线、折线或曲线状，且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。所构成的基本理论称之为线天线理论。既使是第七章的开槽缝隙天线，在分析时也是借助了缝隙天线的互补天线—金属线天线来分析。 在实际工作中，还将遇到金属导体构成的口径天线和反射面天线。有时我们统称为口面天线。它们包括：喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡塞格伦天线等。见P169图8-1。它们的尺寸可以是波长的十几到几十倍以上。 口面天线的分析模型如图8-1所示： 图8-1 口面天线的分析模型 S ′为天线金属导体面，为开口面，S S ′＋构成一个封闭面，封闭面内有一源。 S 对这样一个分析模型，要求解空间某点p 处的电磁场E P 、H P 。它们可描述为由两部分组成：一部分是源的直达波，一部分是由天线导体面上感应电流产生的散射场。这种分析方法我们称之为面电流法。面电流法对反射面天线有效，它是分析反射面天线的方法之一。但是，面电流法对喇叭天线、波导口天线一类的口径天线无效，或者说处理很难。我们可采用口径场法。 口径场法步骤： 1、解内问题，即由场源求得口面上的场分布； 2、解外问题，即由口面上场分布求解远区辐射场。 由此可见，反射面天线也可用口径场法分析。 喇叭天线一类：口径场法； 反射面天线一类：口经场法，面电流法。（近似方法） 有的反射面天线如抛物环面，由于口径场不易确定，还只得用面电流法。 口径场法和面电流法都是近似的方法，它们只能求出口径面前方半空间的辐射场，口面后方半空间的场无法求得。实际上口面天线的外表面及口径边缘L 上均有感应电流。这部分电流就是对口面天线后向辐射的主要贡献。但通常的做法是采用几何绕射理论，求由边缘L 产生的绕射。 值得说明的是，口面天线的边缘绕射场与前方半空间的场相比是微不足道的。 如果采用口径场法，那么，现在的问题是：能否用口径天线口面上的场分布来确定天线辐射场？回答是肯定的，这就须由惠更斯—菲涅尔原理来说明。
抛物面天线基础理论
3.1.2 抛物面的几何尺寸及特性 一般用于面天线反射面的抛物面，都具有以剖面图6-6-1中的z轴为中心呈旋转对称式结构。在剖面图中，把o称为抛物面的顶点，F称为抛物面的焦点， ψ称为抛物面的张角，是从焦点F 到口面边沿射线与OF轴线的夹角；D=2R称为抛物面口面直径，R为口面半径；ρ为焦点F到反射面上任意点的距离。 由抛物面的定义可知： =+=+ 2cos(1cos) fρρψρψ 此关系式是以焦点F为极坐标原点得出的抛物线方程，由此可进一步得到：
21cos f ρψ=+ 由图 6-6-1还可得到： 2sin sin 21cos sin 1cos f y ftg tg ψρψψψ ψψψ===+=+ 把口面直径0 ,2D y R ψψ===代入6-6-3可得到： 222D ftg ψ=，或者0 1142f D tg ψ=? 3.1.3 抛物面天线的工作原理 根据抛物面的集合特性，可以得到抛物面的两个重要性质：
（1）由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，反射线互相平行，且都平行于其轴线OF，即//''// MN M N OF。反过来，平行于OF轴线的射线，经旋转抛物面的反射作用，其反射线均汇聚于其焦点处。 （2）由焦点发出的射线，经由旋转抛物面反射到达口面时，其长度相等，即： +=+6-6-3 ''' FM MN FM M N 这说明，由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，每条射线路程均相等。 根据以上两条可以得到，当把照射器置于焦点位置，并使照射器的相位中心与抛物面焦点重合，照射器辐射出的球面波经旋转抛物面反射后，在口面上将转变成平面波，使抛物面天线口面场形成均匀分布。由前面讨论结果得知，均匀口面场必将产生强方向性辐射场，这就是利用旋转抛物面产生强方向性辐射场的原理所在。 当然，如果把旋转抛物面天线用作接收，入射波又是平面波形式，经抛物面反射后，就会把平面波转换成球面波传送到位于焦点位置的照射器，形成聚集接收，增加照射器接收信号的强度。
制造或安装抛物面天线的时候，都要首先找到该抛物线的焦点。一般可以从口径和深度下手，来计算其焦点位置。由于抛物线方程的口径/深度比和焦点之间有一个固定的方程 P=D^2/16c (1) 这个关系方程和具体的抛物线无关。下面通过简单的直角三角形计算来验证它。所有抛物线的标准方程为y^2=2Px.其中P为焦距，即焦点和顶点之间的距离。看下面抛物面的侧剖图，其中c为抛物面的深度，D为口径的直径。f为焦点，P为焦距长度。 根据勾股定理有 (D/2)^2+(P-c)^2=S (2) 由于抛物线到焦点的距离和抛物线到准线的距离相等，即 S=S'=P+c (3) 将(3)式代入(2) (D/2)^2+(P-c)^2=(P+c)^2 化简后得到 P=D^2/16c 该方程表明抛物线的口径/深度/焦点之间有固定的关系，和具体抛物线的形状无观。可以根据这个关系判断一个口径锅的和抛物线的具体匹配程度。应该注意由于偏馈抛物天线为了避免发射出电磁场干扰馈源的阻抗匹配，同时避免馈源本身和其支撑杆对方向图的干扰，只是使用了焦点上方的部分抛物面（Ku天线多数如此），这样避免了传统全抛物面天线的缺点，但我们这个简单的计算方程不能用在这里了。 我的想法是先通过光照法找到实际的焦点。（如果反射板表面不反光，可以考虑先使用铝箔
贴面）量出焦距，和实际用公式计算出的焦距比较一下，看看差距有多大。仔细观察一下抛物面，看问题出在哪里？ ================================================================= 实践 在批发市场买的两个锅 口径32cm深度8的锅盖。如果按照公式计算理论的焦点 f=(32*32)/(16*8)=8 光照法的具体操作有些技巧。首先光线要足！看图，注意将光线集中在垂直的小纸板的中央
第二章 天线的阻抗 (2-1) 由以波腹电流为参考的辐射电阻公式：220 30 (,)sin r R d f d d π π ?θ?θθ?π = ? ? 计算对称半波天线的辐射电阻。(提示：利用积分201cos ln(2)(2)x dx C Ci x πππ-=+-?，式中，0.577, 023.0)2(-=πCi ) 解：半波振子天线的辐射方向图函数为 cos(cos ) 2(,)sin f π θθ?θ =， 则 2222000cos (cos )301cos(cos )2sin 60(cos )sin 2(1cos ) r R d d d ππππθπθ?θθθπθθ+==--??? 011130()[1cos(cos )](cos )21cos 1cos d ππθθθθ=+++-? 01cos(cos )1cos(cos )15[](cos )1cos 1cos d ππθπθθθθ++=++-? 01cos[(1cos )]1cos[(1cos )]15(cos )1cos 1cos d ππθπθθθθ -+--=++-? 1cos[(1cos )] 15[(1cos )](1cos )d ππθπθπθ-+=++? 01cos[(1cos )]15[(1cos )](1cos )d ππθπθπθ--+--? 20 1cos 215x dx x π -=?? 30[ln(2)(2)]C Ci ππ=+- 73.1()=Ω (2-2) 利用下式求全波振子的方向性系数 r R f D ) ,(120),(2?θ?θ= ， θβθβ?θsin cos )cos cos(),( -=f 若全波振子的效率为5.0=a η，求其最大增益的分贝数和3/πθ=时的方向性系数。 解：(1) 求增益(即最大辐射方向上的方向性系数与效率的积) 全波振子半长度为/2l λ=，则 cos(cos )1()sin f πθθθ +=，max /2()|2f f θπθ===，199r R =Ω 2 max 1201204 2.41199 r f D R ?=== 0.5 2.41 1.205A G D η=?=?= (0.8)
抛物面天线安装说明 厂商特别提示： 1.不允许有强电磁场（如发射天线、高压电线等）对准本系统抛物面天线，以防烧毁天线系统的低噪声放大器。 2.天线应安装于地面上。对于将天线安装在楼房顶部而造成的楼房损坏、天线破损及其它物质和人员的伤害，厂家不承担任何责任。 3.请仔细阅读本安装说明并签署回执。 北京大华无线电仪器厂
DH3933型大气物理探测系统天线安装要求DH3933型大气物理探测系统是用于接收中国FY-2同步气象卫星所播发的高分辨率展宽数字云图信号的专用设备。该设备主要由3.2米抛物面天线、微波低噪声场放、接收机、SV进机卡、电缆、微机等设备组成。 在DH3933型大气物理探测系统中，其中 3.2米抛物面天线的安装是很重要的方面，为此，我厂对采购使用方特提出以下要求：1.场地的选择 1.1 DH3933型大气物理探测系统接收的中国FY-2同步气象卫星在东经105°和86°赤道上空，因此，天线的南面不应有遮挡。要避免通信天线或其他辐射源对准本系统抛物面天线，以免造成微波低噪声放大器中的场效应管容易烧坏。 1.2 3.2米抛物面天线的固定基础是浇铸四个水泥墩，其中有三个是0.8 5m（长）×0.85 m（宽）×0.35m（高）的水泥墩，还有一个0.3 5m （长）×0.35 m（宽）×0.35m（高）的水泥墩，每个大水泥墩重量约450公斤，其两个大水泥墩的中心间距约为1.5米。 由于不同类型的建筑楼顶承重力及固定基础不同，我厂无法提供安装指导，因此，我厂要求设备使用方将天线安放在楼前地面上。 1.3 3.2米抛物面天线和固定基础的总高度为 4 米，因此，在天线装置周围的适当位置，必须安装高于天线的避雷针。以防雷击。 1.4 天线与室内接收机的连接距离应不超过50米射频电缆的长度。工作室要求有220V，50Hz单相交流电源，室内冬季室温应在0℃以上。有一根直径约15mm的电缆，需通向室外天线装置。 2．3.2米抛物面天线固定基础方案 可浇铸四个水泥墩。请按下列要求施工。