21天线方向图测试---抛物面天线方向性的研究

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。

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份。

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份。

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者信号接收。

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者接收弱信号。

- 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份。

抛物面天线测量技术摘要随着现代科学技术的飞速发展，抛物面天线测量技术，在现代天线技术以及军事科研领域中的地位日益重要。

本论文的主要工作是对抛物面天线设计其对应的测量系统软件，文中主要探讨和开发了抛物面天线误差测量系统的数据处理和显示软件。

抛物面天线是目前比较常用的天线之一，其结构一般由反射面，天线支架，加强筋等组成。

本论文针对抛物面天线的测量需求，设计完整的驱动方案、显示测量结果与计算方案。

根据天线测量原理得到抛物面天线测量系统的总体框图，然后从硬件和软件两个方面实现了对抛物面天线误差测量系统的构建。

硬件设计包括单片机控制的步进电机、天线测量放大器的设计和数据采集电路的实现。

软件部分包括单片机控制程序、单片机与主控计算机之间的串口通信以及接收数据处理模块，最后设计了测量可视化软件。

抛物面误差评定软件研制是一项系统工程，涉及到测点布置方法、测点数量与误差关系、曲面拟合、重构模型和标准模型匹配、误差评定、软件功能规划、软件工具选择、软件编制等内容。

使用本软件系统，能驱动抛物面误差测量装置完成指定的曲面测量任务，自动计算和显示均方根误差。

关键词：抛物面，误差，测量，软件，均方根误差。

AbstractWith the rapid development of modern science and technology, parabolic antenna measurement techniques in modern antenna technology and military research in the field is more and more important. The main work of this paper is to design the corresponding parabolic antenna measurement system software, the paper focuses on the development of the parabolic antenna and error measurement system of data processing and display software.Parabolic antenna is one of the most commonly used. The composition generally has reflector, the antenna support, strengthen tendons and so on. Parabolic antenna measurement needs for a complete driver program design. And show measurement results and calculation program. Measurement principles are based antenna parabolic antenna measuring overall system block diagram, from both hardware and software to build a parabolic antenna measuring system. Hardware design, including microprocessor controlled stepper motor, the antenna measurement amplifier circuit design and data collection. Software components including the microprocessor control program, microcontroller and the serial communication between the host computer and receive dataprocessing module, and finally design visualization software measurement. Parabolic error evaluation software development is a systematic project involving meter placement method, the number of measurement points and error relations, surface fitting, reconstruction model and the standard model matching, error evaluation, functional planning software, software tool selection, software programming and so on. Use of this software system, the error measurement device can drive parabolic surface measurements to complete the assigned task, automatically calculate and display the root mean square error.Keywords: Parabolic，Error，Measure，Software，the root mean square error.目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (4)第一章绪论 (5)1.1 概述 (5)1.2 论文背景及国内外现状 (5)1.3 论文的主要工作 (7)第二章天线测量的基本理论与分析 (9)2.1天线基本理论 (9)2.1.1天线的作用与电磁散射 (9)2.1.1天线的电参数 (10)2.1.1天线的辐射特征参数 (11)2.2 天线测量的技术分析 (19)2.1.1天线测量的任务 (19)2.1.1天线测量的技术分析 (19)第三章软件系统设计 (26)3.1人机界面的设计 (26)3.1.1 信息产品的人机界面 (26)3.1.2 人机界面分析 (27)3.1.3 人机界面设计 (28)3.2 误差测量软件研制 (29)3.2.1 误差评定技术 (29)3.2.2 误差测量软件系统研制 (30)3.2.3 系统设计简图 (32)3.3 检测及校准方法 (32)3.4 均方根误差的计算 (34)3.4.1 旋转抛物面模型 (34)3.4.2 软件的计算方法 (34)3.4.3 改进的变形表面误差算法 (35)3.5 抛物面误差测量系统操作界面图 (39)第四章结论 (41)参考文献 (43)致谢...................................................................................... 错误！未定义书签。

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形状。

抛物面天线主要用于电信和无线通信领域，如卫星通信、雷达系统和无线电广播等。

下面将详细介绍抛物面天线的工作原理。

一、抛物面天线的结构抛物面天线由抛物面反射器和馈源组成。

抛物面反射器通常由金属制成，具有抛物面曲率的特殊形状。

馈源则位于抛物面反射器的焦点处。

二、工作原理1. 抛物面反射器的特性抛物面反射器具有特殊的几何形状，其曲率使得从馈源发出的电磁波在反射器上反射后会聚到抛物面的焦点上。

这种聚焦效应使得抛物面天线能够将发射或者接收的信号集中在一个方向上。

2. 馈源的作用馈源是抛物面天线的关键部份，它位于抛物面反射器的焦点处。

馈源通过电流激励产生电磁波，并将电磁波传输到抛物面反射器上。

由于抛物面反射器的特殊形状，馈源发出的电磁波在反射器上反射后会聚到抛物面的焦点上。

这样，抛物面天线就能够将电磁波集中在一个方向上，实现信号的传输或者接收。

3. 抛物面天线的辐射特性抛物面天线的辐射特性与抛物面反射器的形状和馈源的位置有关。

通常情况下，抛物面天线能够实现高增益和较窄的波束宽度。

增益是指天线辐射功率相对于理想点源天线的辐射功率的比值。

波束宽度是指天线辐射功率下降到最大辐射功率的一半时的角度范围。

抛物面天线的高增益和较窄的波束宽度使其能够实现远距离的通信和较强的信号接收。

4. 抛物面天线的极化特性抛物面天线的极化特性取决于馈源的极化方式。

通常情况下，抛物面天线可以实现线极化或者圆极化。

线极化是指电场矢量在一个平面内振荡，可以是水平或者垂直方向。

圆极化是指电场矢量在一个平面内旋转，可以是顺时针或者逆时针方向。

抛物面天线的极化特性对于与其进行通信或者接收的设备的极化要求具有重要意义。

三、应用领域抛物面天线广泛应用于各种通信和雷达系统中。

以下是一些常见的应用领域：1. 卫星通信：抛物面天线被用于卫星通信系统中，用于接收和发送卫星信号。

业余制作抛物面天线的要点业余制作抛物面天线的要点业余制作抛物面天线的要点---抛物面天线的F/D与馈源的辐射方向角Q的关系F/D（F是抛物线的焦点，D是抛物线的口径）与馈源的方向角Q是从属关系，也就是说只有馈源的方向角确定以后才能确定你所要制作的抛物面天线的直径及焦距。

作为一个业余爱好者只知道F/D=0.3--0.5是不够的，如何才能使一条天线与馈源的配套即采用合适的F/D，这个问题很重要，它直接影响天线系统的效率及信噪比等。

图1-1所示Q是馈源所固有的，馈源确定了，Q也就确定了。

制作天线首先要决定馈源，只有馈源的方向角为已知，才能按不同的F/D制作不同直径的天线，而不应制作好了天线以后才制作馈源，因为这样一来很难达到理想的效果，必定产生如图1-2或图1-3的情况。

图1-2的情况会使地面反射的杂波进入馈源，而且天线边缘的微波和绕射波也会进入馈源，使得天线接收系统的信噪比减小。

图1-3的情况则会使天线的利用率降低造成人为的浪费而且信号的旁瓣也同时进入了馈源。

F/D与Q的关系是：F/D=1/4*Ctg Q/2。

所以先有馈源方向角再根据你所要制作多少直径的天线而后确定F=D*（1/4*Ctg Q/2），然后根据抛物线方程：X=Y*Y/4F绘制出模。

抛物线天线的口径可用下式计算：一般的折合半波振子馈源（带后反射器）和螺旋馈源的方向角是100度左右。

自制WIFI抛物面天线。

提高远距离无线网络的网络信号质量、实现免费蹭网。

2008年04月14日星期一上午 08:52固定振子的木条,其实只用一个,但是先做两个,多做一个做备用制作振子的材料,从五金商店买来的铜接线头,铜材质导电效果较好,而且长度刚刚好,>3cm,粗的就用不着了,因为要制作2对半波振子的阵列,所以需要四个铜管资料说,振子应该粗一点,有利于接收更宽频域的信号,使得信号质量更好、更稳定。

而且更有利于馈线与振子的阻抗匹配，提高天线的工作效率，减轻之后网卡的发射功率负担，延长寿命。

2讲Deng喇叭天线和抛物⾯天线第⼆讲常见⼝径⾯天线⼀、喇叭天线1.喇叭天线的种类、结构和特点根据惠更斯原理，终端开⼝的波导可以构成⼀个辐射器，但是波导⼝⾯的电尺⼨很⼩，辐射⽅向性弱。

⽽且，在波导开⼝处波导与开⼝⾯外的空间不匹配，会产⽣严重的反射，不宜作为天线使⽤。

将波导的截⾯均匀地逐渐扩展，形成如图1所⽰的喇叭天线。

它们不仅扩⼤了天线的⼝⾯尺⼨，同时改善了⼝⾯的匹配情况，从⽽取得了很好的辐射特性。

图1 喇叭天线种类上图表⽰了⼏种常⽤的喇叭天线。

当矩形波导的截⾯仅在H⾯展宽时，形成H⾯扇形喇叭；仅在E⾯展宽时，形成E⾯扇形喇叭；同时在E⾯和H⾯展宽则形成⾓锥喇叭；由圆波导均匀展开形成圆锥喇叭。

喇叭天线时⼀种应⽤很⼴泛的微波天线。

它具有结构简单、重量轻、易于制造、⼯作频带较宽、功率容量⼤等优点。

合理选择尺⼨，可以获得良好的辐射特性、相当⾼的⽅向系数、相当尖锐的主瓣、⽐较⼩的副瓣。

喇叭天线可以作为独⽴的天线，也可以作为反射⾯天线及透镜天线的馈源，还能⽤作收发共⽤的双⼯天线。

在天线测量中，也被⼴泛⽤作标准增益天线。

2. 喇叭天线⼝⾯为了确定喇叭天线的辐射特性，必须了解喇叭⼝⾯上场的分布，即求解喇叭的内场。

求解喇叭内电磁场常采⽤近似的⽅法：认为喇叭为⽆限长，忽略外场对内场的影响，把喇叭的内场结构近似看做与标准波导内的场结构相同，只是因为喇叭是逐渐张开的，使得波形略有变化。

在平⾯状的喇叭⼝⾯上，场的振幅分布可近似认为与波导截⾯上相似，但是⼝⾯上场相位偏移的影响则不能忽视。

图2(a)、(b)分别表⽰H ⾯及E ⾯扇形喇叭的⼏何参数，下⾯我们来计算⼝⾯场上的相位偏移。

图2 H ⾯、E ⾯扇形喇叭⼏何参数图如图2(a)所⽰，到⼝⾯上M 点的波程⽐到⼝⾯中⼼O 点的波程长MN 的距离。

设⼝⾯中⼼处O 点的相位偏移为0，则⼝⾯上任⼀点M 的相位偏移表⽰为：122)x k MN MN R ππ?λλ=-=-=-⼀般11d R ，所以1x R ，因此有2413111128x x R R R R =≈+-+带⼊上式，，得到x ?的⽆穷级数展开式为24311211()28x x x R R π?λ=--+ 由于11x R ，则沿⼝径⾯上任意点M 的相位偏移近似取第⼀项为：21x x R π?λ=- （1）边缘上A 点的相位偏移最⼤为（12d x =）： 21max 14x d R π?λ=- （2）与喇叭相连的矩形波导内通常传输主模为TE 10模，场的振幅沿宽边为余弦分布。

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特性。

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（如一个天线元件）组成。

它能够将来自辐射源的电磁波束聚焦到一个方向，从而实现天线的增益和指向性。

工作原理如下：1. 抛物面反射器：抛物面天线的核心部份是抛物面反射器。

抛物面是一个特殊的曲面，具有特定的几何形状。

当电磁波束从辐射源发出时，抛物面反射器会将电磁波束反射并聚焦到一个特定的点，即抛物面的焦点。

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者接收元件。

它可以是一个天线驱动器，用于将电信号转换为电磁波，或者是一个接收器，用于将接收到的电磁波转换为电信号。

辐射源的位置选择在抛物面反射器的焦点处是为了实现最佳的聚焦效果。

3. 聚焦效果：由于抛物面的特殊形状，抛物面反射器能够将来自辐射源的电磁波束聚焦到一个方向，形成一个集中的电磁波束。

这种聚焦效果使得抛物面天线具有较高的增益和指向性。

与其他天线类型相比，抛物面天线能够更好地集中电磁波束，从而在传输和接收信号时具有更好的性能。

4. 应用领域：抛物面天线广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信、天文观测等领域。

其高增益和指向性使得抛物面天线能够实现远距离通信和精确的信号接收。

在卫星通信中，抛物面天线被用作地面站的接收天线，用于接收来自卫星的信号。

在雷达系统中，抛物面天线用于发射和接收雷达信号，提供准确的目标探测和跟踪。

总结：抛物面天线的工作原理基于抛物面反射器的特性，通过将来自辐射源的电磁波束聚焦到一个方向，实现天线的增益和指向性。

其应用广泛，可以用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

抛物面天线的工作原理为我们提供了一种有效的方式来实现远距离通信和精确的信号接收。

103 实验二十一 天线方向图测试一抛物面天线方向性的研究一、实验目的1、进一步掌握天线方向图的基本测量方法。

2、了解旋转抛物面天线的结构及其几何参数关系。

3、研究旋转抛物面天线的辐射器在正焦、偏焦时的方向图。

二、实验内容1、测量旋转抛物面天线的主要几何尺寸，计算抛物面的焦距f ，将辐射器置于焦点上(正焦时)，测量抛物面天线的H 面方向图。

2、将辐射器置于偏离抛物面轴线某一角度1θ的等焦距位置上，测量天线的H 面方向图。

3、将辐射器沿轴线缩短4cm 时，测量天线的H 面方向图。

三、实验原理和方法旋转抛物面天线是一种典型的反射面天线，它是由金属制作成的旋转抛物面反射镜(其几何尺寸大至几十米，小到零点几米)和位于抛物面焦点上的辐射器(又称馈甲如振子天线、喇叭天线和糙隙天线等)所构成，具有主瓣窄、付瓣电子低和高增益等辐射特性，目前已广泛地应用于雷达、中继通信、电视、射电天文和卫星地面站等方面。

抛物面天线辐射特性的分析方法目前在理论上已经成熟，借助数字计算机可以获得精确的计算，但是由于制造工艺和安装方面的原因往往存在抛物面的制造公差和辐射器的安装公差等，从而影响了天线的辐射特性，所以通过实际测试调整天线的性能是非常重要的。

旋转抛物面天线是一种具有针状波束的强方向性天线，它的这一特性是由旋转抛物面天线的聚焦作用决定的。

在直角坐标中的方程为224x y fz +=在极坐标系中的方程为22sec 1cos 2f f ψρψ==+ 图20-1旋转天线法测量天线方框图四、测量步骤⑴、根据要求确定球坐标去向和控制台⑵、确定最小测试距离和架设高度⑶、进行电道估算选择测量仪器⑷、收发天线应架设在同一高度上，并将转台调到水平⑸、检查周围的反射电平及必须具备的测量条件⑹、转台转轴尽可能通过待测天线相位中心⑺、转动待测天线，使准备测试的方向图平面为水平面，并使辅助天线极化使与待测场极化一致。

⑻、将收发天线最大方向对准，调整检波器与测量放大器使接受指示最大⑼、旋转待测天线，记录接受信号，特别留心主办宽度和付瓣电平，垂直平面的方向图测量同上，只要将天线变成俯仰转动或将待测天线极化旋转90度在水平面测量。

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而实际的焦点测试证明在19cm左右。

这也说明这个焦点的形成是个很浅的抛物线形成的。

仔细观察锅盖的中心部弧度变化较慢，接近抛物面的形状,而锅盖边缘部分则迅速收窄。