《电磁波与天线仿真与实践》课件_电波与天线知识点20 面天线.pptx

;常用面式天线;图喇叭天线用作馈源;8.1面天线辐射的基本原理;由于在封闭面上有一部分是导体面S′，所以其上的场为零，这样使得面天线的辐射问题简化为口面S的辐射，即S０=S′+S→S。设口面上的场分布为ES，根据惠更斯—菲涅尔原理，把口面分割为许多面元dS,称为惠更斯元。;图8-2惠更斯元;图8-4惠更斯元的方向图;综合矩形和圆形不同口面的辐射特性，对同相口面场而言，可得到以下几个结论：

（1）最大辐射方向总是在同相口面平面的法线方向（即θ=0°）上。这是因为在此方向上，平面口面上所有的惠更斯元到观察点的波程相位差为零，与同相离散天线阵的情况是一样的。

（2）在口面场分布一定的情况下，平面口面电尺寸越大，方向性越强，主瓣越窄，增益（方向性系数）越高。口面利用因数越大。

（3）口面场幅度分布对方向性有很大影响，口面场分布越均匀，方向性越强，主瓣越窄，增益越高，但副瓣电平也越高，口面利用因数越大。;8.2喇叭天线;图8-11常用喇叭天线;;;8.2.2喇叭天线的方向特性

工程上常用近似方法求解喇叭天线的辐射特性。图8-12表示出喇叭天线的一般几何关系。图中，馈电波导可以是矩形或圆形的,W是矩形口径的宽度，r是圆形口径的半径，R称为斜径，从口径中心到波导与喇叭接口处的距离是轴长L。

由馈电波导中的传输模式可求出喇叭口径面上场的振幅分布，其相位分布近似为平方律相差。设由顶点发出的是球面波，则斜径R与轴长L至顶点的差是;用波长λ去除Δ，得到平方律相差的无量纲常数S;图8-12喇叭天线的一般几何关系;1.矩形口径喇叭（角锥喇叭）;通常各喇叭壁的斜径是不相等的。输入波导的高为b而宽为a，口径E面即yOz面高为H，H面即xOz面宽度为W。每个口径截面上都有各自的平方相差常数，它们是;在矩形喇叭口径面上的场分布可近似地写为;当Rh→∞时，可得E面扇形喇叭口径场为;由以上各式可见，普通矩形喇叭的口径场的振幅分布都保留矩形波导TE10波的余弦规律，口径场的相位则因波导壁的逐渐张开而呈平方律变化。

在已知口径场的分布后，就可按???面计算面天线辐射场的方法求以上各种喇叭天线的辐射场，并确定其方向性。;2．喇叭天线的方向性;图8-15矩形口径喇叭H面的通用方向图(TE10波);角锥形喇叭天线的方向性系数为;图8-16H面扇形喇叭天线的方向性系数DH;图8-17E面扇形喇叭天线的方向性系数DE;H面扇形和E面扇形喇叭的方向性系数均可近似为;设计喇叭天线时，不一定都要求设计成最佳喇叭，应按具体情况进行。通常，当给定增益系数时应将喇叭设计成最佳喇叭。此时，首先根据工作波长确定馈电波导的尺寸，从而确定喇叭颈部尺寸，然后根据要求的增益系数确定喇叭天线的最佳尺寸。角锥喇叭天线的尺寸应满足如下几何关系（参见图8-13）:;图8-18角锥喇叭的三维方向图;8.3抛物面天线;8.3.1抛物面天线的工作原理;图8-21旋转抛物面天线;(1)天线口面——以抛物面的边缘线为周界的平面。口面直径以D表示，半径以R0表示，口面面积以S表示。

(2)抛物面轴线——与口面平面垂直，并通过其中心的直线，即z轴，或称为对称轴。

(3)抛物面顶点——z轴与抛物面的交点，即顶点O。

(4)抛物面的焦距——由焦点F到顶点O的距离，用f表示。

(5)抛物面口面张角——在通过抛物面轴线的平面上，由焦点F向抛物面边缘相对的两点所引的连线间的夹角，用2φ0表示。;图8-22抛物面的几何关系;（1）如图8-22(b)所示，焦点F到抛物面上任一点M的连线FM与M点的法线MN的夹角∠FMN等于FM与抛物面轴线FO的夹角ψ的一半。这意味着自焦点F发出的任一条射线经抛物面反射后，均成为与抛物面轴线平行的射线（电磁波）。;（2）如图8-22(a)所示，抛物线是到一定点（焦点F）和一定直线（准线NM″）距离相等的动点的轨迹。抛物线上任一点到焦点F的距离与它到准线的距离相等。因此，由图8-22可知:;这说明由焦点经反射后到抛物面口面或参考面SS′的距离为一个常数，即2f。在直角坐标中，旋转抛物面的方程是;抛物面对天线性能有重要影响的一个几何参数是口径焦距比D/f。

由式（8-3-3）可得:;当x=D/2=R0，ψ=ψ0时，代