双偏置反射面天线的辐射特性和焦点区域的评估..doc

双偏置反射面天线的焦区场辐射特性估计 T.S. Bird, M.App.Sc, Ph.D., and J.L. Boomars 关键字：天线传播，电波与电波散射，辐射 摘要：目前已有对双曲面和抛物面的双偏置反射面天线的接收方式分析。运用g.t.d方法分析偏置抛物面天线的散射场。在g.t.d方法中涉及两个边缘点和一个反射点。通常这个方法描述的是，从边缘点路径长度的梯度上判断是否存在反射点。在偏置双曲面上采用物理光学电流法，通过数值计算来分析焦区场及辐射特性。实验中采用频率为35GHZ，圆波导阵列馈电的天线描述辐射方向图并与理论结果比较。在各种情况下，同极导向部件得到一致的结果。然而，实验天线产生的交叉极化程度比预期更高。 1 引言 在工程应用中，反射面天线的馈源是复杂且尺寸庞大的。为有效避免孔径堵塞和长线馈源，往往采用改变反射器构造的方式。举例而言，区域卫星系统中的多波束天线，该天线馈源包括一簇角和波束成形网络。两个反射面的偏置结构能满足上述要求，如图1所示。双偏置反射面天线的馈源更加靠近主反射轴，而且不需为馈源和副反射器提供支架。由于开放的结构，难以排成一列，这使它在航天中的调度很复杂。 大多数偏置反射系统的固有优点是馈源和反射面之间的相互作用很小。然而，像单偏置、双偏置天线的缺点是只具有一个平面上的对称性。当使用线极化馈源或者圆极化馈源得到斜光束时，在非对称平面会产生很高的交叉极化。由于副反射器的去极化作用，对于双偏置天线而言，可能会有比单偏置天线更高的极化程度。 图1双偏置反射面天线的几何结构 当满足几何光学，馈源方向图为圆对称，交叉极化程度可以减小。 (1) 是副反射器的偏置角度。是馈源偏置角度。 是双曲面的离心率。可以通过设计耦合焦区场的同极成分的馈源来减小交叉极化程度。 Mizugutch et al和 Albertsen完成了对双偏置反射面天线的分析。这些分析和其他分析[4][11][12]是基于传输方式的。然而，当使用接收方式时，如图2，只用增加一点额外的编程复杂度就可以计算出焦区辐射特性。在焦点区域，能够计算出一个实现在给定的方向形成波束的最佳激励。 这篇文章的目的是提出接收情况下双偏置反射面天线的分析方法。分析中，描述的是双偏置反射面天线，运用g.t.d从主反射面的散射区域计算副反射面上的感应电流。此外还描述了一种双偏置反射天线的实验研究。 2 天线的几何描述 这篇文章中的双偏置反射器结构(如图1)由一个偏置抛物面和双曲面构成。单叶双曲面的其中一个焦点是与抛物面的焦点重合的。与轴对称的反射系统相比，双偏置反射系统的几何复杂程度是由独立变量的个数决定的。工程实践中，如体积和重量等因素少有考虑。为了消除孔径堵塞，实现特定的反射器边缘照射，应遵循其他约束条件。 2.1偏移双曲面 相对于焦点而言，偏置双曲面包含一个半角的锥。负Z方向的偏置角为。边缘的投射在XOY面(图3a)是一个圆。其直径为 (2) 中心( ,0) (3) 偏置抛物面的边缘是一个椭圆，如图3b所示，主轴和副轴的长度为 (4-1) (4-2) (4-3) 图2双反射面天线接收方式分析 椭圆的中心坐标为 (5) 在分析中，用相对于锥的轴线的坐标系是很方便的。考虑球坐标系，抛物面上的一点坐标转化关系为： (6) (7) 球坐标上的一点为 (8) 2.2偏置双曲面 从焦点处看去，副反射面边缘是锥体。轴倾斜角度为 图3 偏置抛物面 a投影孔径 b椭圆环 c旋转坐标系 (9a) (9b) ,对于双曲面的主轴来说，它的半锥角为 双曲面的边缘投射在与双曲面轴垂直的平面上形成椭圆，如图4。边缘