單拋物線天線

這是一種由金屬拋物面與饋源組成的天線。從光學原理，以拋物面焦點輻射的射線，經拋物面反射後，到達焦點所在的平面的波程為一常數。因而把饋源置於焦點處，它輻射的球面波經拋物面反射後成為平面波，射束平行於軸線。拋物面口徑與工作波長之比越大，波束越窄。天線增益與天線口徑的面積成正比，與波長之平方成反比。拋物面天線用作接收天線時，則天線口徑截獲之射線，經拋物面反射後皆以同相位到達饋源。實際拋物面天線做不到理想的情況，一般效率約為0.5至0.7。這種天線廣泛用於衛星廣播或衛星通信的地面接收與發射。在廣播電視領域以外，其套用範圍也很廣泛。

基本介紹

• 中文名：單拋物線天線
• 外文名：Single parabolic antenna
• 類別：天線
• 分析方法：幾何光學法
• 重要指標：方向圖
• 特點：銳波束，高增益

定義

單拋物線天線是一種由金屬拋物面與饋源組成的 天線。它將饋源置於焦點處，其 輻射的球面波經拋物面反射後成為平面波，射束平行於軸線。拋物面口徑與工作波長之比越大，波束越窄。天線增益與天線口徑的面積成正比，與波長之平方成反比。這種天線用作接收天線時，則天線口徑截獲之射線，經拋物面反射後皆以同相位到達饋源。實際拋物面天線做不到理想的情況，一般效率約為0.5至0.7。拋物面天線目前被廣泛用於衛星廣播或衛星通信的地面接收與發射。

幾何光學法分析單拋物線天線

拋物面天線的反射器是由良導體加工製成，其幾何形狀是一條拋物線圍繞其軸線OZ旋轉成的二次曲面，即是一個旋轉拋物面。如圖1所示。

從焦點F出發的球面波前，無論它從哪個方向射到面上，經反射後的波都將一定互相平行，且平行於拋物面軸線OZ。所以利用拋物面作為反射面，當把輻射器置於拋物面焦點時，便可得到一束平行於軸線的射束。

按幾何光學的觀點，位於拋物面焦點的輻射器，它所發出的電磁波經拋物面反射後，將在垂直於OZ軸的任何一個平面上形成等相位面的波。

這就是說，在滿足幾何光學的條件下，拋物面將能把位於焦點的輻射器所投射到它上面的那一部分球面波轉化為在開口面上的等相的平面波。至於開口處面上的等相電磁場的幅度分布，取決於饋源的方向性和旋轉拋物面的參數(焦距和口面直徑)。上述分析拋物面天線的方法稱為幾何光學法。

圖1 單拋物線天線輻射等相位波的原理

單拋物線天線的定向性取決的因素

1 .饋源天線的波瓣圖 。 過寬的波瓣會溢出鏡面的邊緣;太窄的波辦使鏡面得不到充分照射,導致口徑利用率降低。

2.鏡面相對於理想拋物面的準確性。 例如,若表面相差δ=λ/4(即90°電角度) ,則反射場相移180°,將導致口徑效率的降低。如圖2的鏡面：

圖2

單拋物線天線工作原理及特點

單拋物線天線是利用了拋物面的反射特性。因此，由主焦饋源發射的球面波經拋物面反射後，轉變為拋物面口徑上的平面波，從而使單拋物線天線具有銳波束、高增益性能。

重要指標-方向圖

天線的方向圖是表征天線特性的重要指標，可由此確定波瓣寬度，旁瓣電平，也可由波瓣形狀估算天線的增益。對於同相均勻激勵的圓口徑方向圖可由下式近似計算：

式中，D是拋物面天線的直徑，λ是波長，是第一類Bessel函式。在D≥λ時，主瓣半功率點寬度為：

對於非均勻激勵的天線，當激勵振幅由圓心向邊緣遞減(稱為漸減分布)，則主瓣寬度加寬，而旁瓣電平降低，其方向性變化的情況取決於振幅遞減的程度。

優點

能夠獲得較高的增益，並且結構簡單，較雙反射面天線便於裝配；

缺點

單拋物線天線輻射器必須放在拋物面的焦點上，因而使得饋線較長；設計的靈活性較小，不易控制開口面上場的幅度分布；

天線噪聲溫度較高；由於採用了前饋會對信號造成一定的遮擋；使用大功率功放時，功放重量帶來的結構不穩定性必須被考慮。

套用

衛星廣播或衛星通信的地面接收與發射。除此之外單拋物線天線在其他領域也有廣泛套用。