第八口徑天線PPT課件

1、 惠更斯原理：某個(gè)初始波陣面上的任一點(diǎn)都是新的次級(jí)球面波的源，這些次級(jí)球面波的包絡(luò)構(gòu)成了次級(jí)波陣面。 惠更斯元：邊長(zhǎng)dx和dy遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，且在此矩形平面上有空間正交的電場(chǎng)Ey、Hx，它們幅值均勻分布，相位相同，兩者比值固定。第1頁(yè)/共36頁(yè)惠更斯元的輻射場(chǎng)求解思路：引入等效源，用等效源產(chǎn)生的輻射場(chǎng)代替天線真實(shí)的輻射場(chǎng)?；莞乖腍面（=00）遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)為： 12ddcosyHj rESEe jer 12ddcosyEjrESEe jer 惠更斯元的E面（=900）遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)為： 第2頁(yè)/共36頁(yè)兩個(gè)主平面上歸一化方向性函數(shù)均為：兩個(gè)主平面上歸一化方向性函數(shù)均為： 12cos( )F 結(jié)論：

2、惠更斯元的輻射場(chǎng)為球面波；輻射波的強(qiáng)度與內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)度及面元尺寸成正比惠更斯元的方向圖是以面元法線為軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形，具有單向方向性，最大輻射方向與面元垂直，即在面元法線方向。第3頁(yè)/共36頁(yè) 平面口徑的輻射場(chǎng) 1212(sin cossin sin)(sin cossin sin)sincosdcoscosdySySjrjxyjrjxyjEeE eSrjEeE eSr 24 SD 口徑效率口徑效率 代表口徑場(chǎng)不均勻分布時(shí)的代表口徑場(chǎng)不均勻分布時(shí)的有效口徑面積與實(shí)際口徑面積之比。有效口徑面積與實(shí)際口徑面積之比。第4頁(yè)/共36頁(yè) 矩形口徑輻射場(chǎng) 口徑場(chǎng)為均勻分布1212(cos ) sin( )(co

3、s ) sin( )EHvEFvuHFu 面面：面面：0505251251.yx,EHLL 24 SD 1135 .SLLdB 1212sinsinsincosyxvLuL 每個(gè)平面的方向圖取決于在這個(gè)方向的口徑尺寸；對(duì)于口徑每個(gè)平面的方向圖取決于在這個(gè)方向的口徑尺寸；對(duì)于口徑尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的情況，輻射場(chǎng)的能量主要集中在口面法線尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的情況，輻射場(chǎng)的能量主要集中在口面法線方向較小的方向較小的 角范圍內(nèi)。角范圍內(nèi)。 第5頁(yè)/共36頁(yè) 口徑場(chǎng)為余弦分布0cosyxxEEL 05105125113 526823.y.x:.:EHESLLdBLHSLLdBL ，222244SSD 212121

4、2(cos ) sin( )(cos )cos( )EHvEFvuHFu 面面：面面：第6頁(yè)/共36頁(yè)結(jié)論：1.方向圖主瓣變寬，副瓣電平減小，口徑效率降低，口徑場(chǎng)分布不均勻程度越高，這種效應(yīng)越明顯。2.陣函數(shù)的最大值始終出現(xiàn)在口徑面法線方向（即 = 00）。第7頁(yè)/共36頁(yè) 圓形口徑輻射場(chǎng)分布分布p p 2 2 0.50.5SLL(dB)SLL(dB) 均勻均勻p=0p=01.021.02 /2a/2a-17.6-17.61.001.00拋物線拋物線p=1p=11.271.27 /2a/2a-24.6-24.60.750.75拋物平方拋物平方p=2p=21.471.47 /2a/2a-30.6

5、-30.60.550.55201()ypEEa 第8頁(yè)/共36頁(yè)Y口徑場(chǎng)相位分布對(duì)輻射特性的影響線性相位分布平方律相位分布方向圖形狀不變，但發(fā)生偏轉(zhuǎn)。方向圖形狀不變，但發(fā)生偏轉(zhuǎn)。主瓣變寬，旁瓣升高，主瓣變寬，旁瓣升高，各波瓣間零點(diǎn)消失。各波瓣間零點(diǎn)消失。第9頁(yè)/共36頁(yè) 矩形喇叭天線 主要形式：H面扇形喇叭：沿垂直于電場(chǎng)的H平面張開E面扇形喇叭：沿電場(chǎng)E的平面張開 角錐喇叭：同時(shí)沿上述兩個(gè)平面張開波導(dǎo)中電磁場(chǎng)到平面口徑上各點(diǎn)行程不同，使得口徑場(chǎng)相位呈非均勻分布。第10頁(yè)/共36頁(yè) 矩形喇叭的優(yōu)化設(shè)計(jì)最佳喇叭 定義：喇叭尺寸對(duì)應(yīng)于增益最大值時(shí)的喇叭。 尺寸參數(shù)虛頂點(diǎn)到口徑中心虛頂點(diǎn)到口徑中心的距

6、離的距離最大相位最大相位偏差偏差 mm口徑效率口徑效率 最佳最佳H H面面喇叭喇叭0.750.75 0.640.64最佳最佳E E面面喇叭喇叭0.750.75 0.640.64最佳角錐最佳角錐喇叭喇叭分別分別0.750.75 0.510.5123HD 23HD 22ED 22ED 第11頁(yè)/共36頁(yè) 喇叭天線口徑場(chǎng)相位的校正第12頁(yè)/共36頁(yè)依據(jù) ：輻射器到透鏡口徑上的任一點(diǎn)的光程都必須相等。11()()()()()FPn PPFOn OQFCFPFOn OQ需注意：在喇叭的口徑上嵌裝透鏡后，口徑場(chǎng)的振幅分布將受到影響，使方向圖發(fā)生變化。第13頁(yè)/共36頁(yè) 喇叭天線的相位中心 相位中心：遠(yuǎn)區(qū)輻

7、射場(chǎng)的等相位面與通過天線軸線的平面相交的曲線的曲率中心。 視在“相位中心” ：在喇叭天線主波束的一定角度范圍內(nèi)的一點(diǎn)，該點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)相位方向圖的相位波動(dòng)最小。第14頁(yè)/共36頁(yè)柵格拋物面天線后饋式拋物面天線切割拋物面天線第15頁(yè)/共36頁(yè) 拋物面天線的幾何特征及工作原理 （1）從焦點(diǎn)F發(fā)出的任意一條射線，經(jīng)過拋物面反射后都和拋物線的軸線平行。（2）從焦點(diǎn)發(fā)出的任意一條射線經(jīng)過拋物線反射后到達(dá)口徑面的距離是相等的。第16頁(yè)/共36頁(yè) 長(zhǎng)焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑外 中等焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑上 短焦距拋物面：焦點(diǎn)在口徑內(nèi)0142cotfD 0 250 250 25.f Df Df D 第17頁(yè)/共36頁(yè)

8、拋物面天線的口徑場(chǎng)分布和輻射場(chǎng)特性 22222222122121cossin()sincossinsinsincosrxryEE 主主極極化化分分量量（交交叉叉極極化化分分量量）1. H面上的電流分布比E面的分布均勻?qū)е翲面的方向圖比較尖銳；2. R0/f較小時(shí)的口徑場(chǎng)分布比較均勻，所以主瓣比較尖銳，但是副瓣偏高。E面H面第18頁(yè)/共36頁(yè)0 5227075.12()()DG D 1口徑效率口徑效率 2截獲效率截獲效率結(jié)論：1、 2相互制約，設(shè)計(jì)拋物面天線時(shí)應(yīng)綜合考慮。天線效率存在一個(gè)最大值= 1* 2 =0.83，此時(shí)對(duì)應(yīng)的張角稱為最佳張角。第19頁(yè)/共36頁(yè) 空間衰減因子 定義：?jiǎn)挝恢行纳?/p>

9、束在拋物面中心所占的面積與邊緣射束在拋物面邊緣所占的面積之比。SSAS 2201414()()fS 其其中中：S220012cos()()SfSAS 第20頁(yè)/共36頁(yè) 饋源安裝誤差-偏焦 縱向偏焦（很?。?縱向偏焦時(shí)，口徑上出現(xiàn)平方律相位差，此時(shí)天線的方向圖主瓣加寬，增益降低，但最大輻射方向不變。 橫向偏焦（x很?。?橫向偏焦，等相位面偏轉(zhuǎn)0角度，將使主瓣變寬，副瓣升高，增益減小，而且在與波束偏移方向相對(duì)應(yīng)的方向出現(xiàn)了較高的副瓣。第21頁(yè)/共36頁(yè) 反射面天線的饋源 饋源應(yīng)該有一個(gè)確定的相位中心并且單向輻射的； 饋源的方向圖有良好的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性； 饋源的帶寬應(yīng)該足夠?qū)挘徊鏄O化分量盡可能的??；

10、 饋源對(duì)口徑的遮擋盡量小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和功率容量。第22頁(yè)/共36頁(yè)結(jié)構(gòu)：饋源、主反射面和副反射面。工作原理：射線在經(jīng)過拋物面反射后就匯聚成平行的射線。雙曲線上任一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)的距離差等于常數(shù)，使口面場(chǎng)仍保持均勻相位分布。第23頁(yè)/共36頁(yè) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 饋線短； 空間衰減SA?。?減小漏溢； 等效焦距長(zhǎng)； 設(shè)計(jì)靈活（7個(gè)參數(shù)） 等 。 缺點(diǎn) 副反射面的遮擋大，但對(duì)要求G很高的天線來說，由于主反射面很大，這個(gè)遮擋相對(duì)較??； 造價(jià)高。第24頁(yè)/共36頁(yè) 卡塞格倫天線的分析方法 虛饋源法：用相位中心在拋物面焦點(diǎn)的等效饋源取代卡式天線的饋源，從而把卡式天線簡(jiǎn)化為焦徑比不變而饋源尺寸改變了的拋物面天線

11、進(jìn)行定量分析。 等效拋物面法：將卡塞格倫天線等效為一個(gè)具有同樣饋源和主反射面口徑尺寸，但焦距變?yōu)橹鞣瓷涿娼咕嗟腗倍的普通拋物面天線。第25頁(yè)/共36頁(yè)等效拋物面是由實(shí)際饋源在焦點(diǎn)處發(fā)出的射線在副反射面處經(jīng)延長(zhǎng)后，與該射線經(jīng)副反射面和主反射面兩次反射后的射線交點(diǎn)的軌跡 。22221112tansin()cossincoscostanffMf sinsin 21cosf 第26頁(yè)/共36頁(yè)長(zhǎng)等效焦距具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 大的焦徑比可以改善遠(yuǎn)場(chǎng)的交叉極化；2. 主反射面的球面擴(kuò)散損耗??；3. 提高了主瓣的掃描性能，當(dāng)饋源橫向移動(dòng)時(shí)，焦徑比大的天線方向圖惡化較小，因此可以在適當(dāng)?shù)钠骨闆r下仍然采用該種方

12、法分析。 第27頁(yè)/共36頁(yè) 空間衰減因子及天線效率 空間衰減因子：比單反射面天線小 天線效率 主反射面的口徑效率 1 副反射面截獲效率2 主反射面截獲效率3 副反射面的遮擋效率4 支撐桿的遮擋效率5 主反射面的公差效率600011220202022coscossinlg()lg()lg()efSASAD 第28頁(yè)/共36頁(yè) 高效率饋源 波紋喇叭 介質(zhì)加載喇叭 介質(zhì)導(dǎo)饋源第29頁(yè)/共36頁(yè) 定義： 和波束的作用是探測(cè)目標(biāo)的距離并進(jìn)行距離跟蹤； 差波束的作用是探測(cè)目標(biāo)的方位角和俯仰角信息并進(jìn)行角跟蹤。第30頁(yè)/共36頁(yè) 工作原理： 一個(gè)平面內(nèi)單脈沖天線的工作原理利用橫向偏焦，若探測(cè)到一個(gè)目標(biāo)，來自A方向，這時(shí)兩波束收到的回波信號(hào)相位相同，但幅度不等。兩信號(hào)相減形成的差信號(hào)是目標(biāo)方向的函數(shù)。這個(gè)差信號(hào)的大小，表示了目標(biāo)偏離天線軸向角度的大小，差信號(hào)的正負(fù)，則表示目標(biāo)偏向哪一邊。由差信號(hào)驅(qū)