卡塞格倫天線

卡塞格倫天線在微波通信中常用的天線01簡介系統(tǒng)極化扭轉(zhuǎn)目錄0302基本信息卡塞格倫天線是一種在微波通信中常用的天線，它是從拋物線演變而來的，由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。簡介組成優(yōu)缺點工作原理簡介組成圖1卡塞格倫天線由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。其中主反射器為旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面。在結(jié)構(gòu)上，雙曲面的一個焦點與拋物面的焦點重合，雙曲面焦軸與拋物面的焦軸重合，而輻射源位于雙曲面的另一焦點上，如圖1所示。它是由副反射器對輻射源發(fā)出的電磁波進(jìn)行的一次反射，將電磁波反射到主反射器上，然后再經(jīng)主反射器反射后獲得相應(yīng)方向的平面波波束，以實現(xiàn)定向發(fā)射。

工作原理當(dāng)輻射器位于旋轉(zhuǎn)雙曲面的實焦點F1處時，由F1發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲面反射后的射線，就相當(dāng)于由雙曲面的虛焦點直接發(fā)射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點相重合，就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。

卡塞格倫天線相對于拋物面天線來講，它將饋源的輻射方式由拋物面的前饋方式改變?yōu)楹箴伔绞?，這使天線的結(jié)構(gòu)較為緊湊，制作起來也比較方便。另外卡塞格倫天線可等效為具有長焦距的拋物面天線，而這種長焦距可以使天線從焦點至口面各點的距離接近于常數(shù)，因而空間衰耗對饋電器輻射的影響要小，使得卡塞格倫天線的效率比標(biāo)準(zhǔn)拋物面天線要高。優(yōu)缺點卡塞格倫天線與普通拋物面天線相比，其主要優(yōu)點在于：（1）因為有副面和主面兩個的先后反射，便于設(shè)計得使主面口面場分布最佳化，以提高口面利用系數(shù)，改善天線增益。（2）由于照射器是放置在靠近主面頂點處，可方便地從主面后面伸出，大大縮短了饋線長度，不僅使得結(jié)構(gòu)緊湊，而且使得接收機(jī)高頻部分可以直接放在主面后面成為可能，這在低噪聲系統(tǒng)中有重要意義；（3）由于雙鏡面天線用短焦距拋物面實現(xiàn)了長焦距拋物面的性能，所以卡賽格倫天線能以縮短了的天線縱向尺寸，去解決存在于單鏡面天線中的焦距大時性能好但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的矛盾；（4）由于雙曲面反射是擴(kuò)散型的，所以，雙鏡面系統(tǒng)中，返回饋源的能量較單鏡面天線要小，從而減弱了對饋源匹配的影響。

但是，因為卡塞格倫天線是一個雙反射面的天線系統(tǒng)，從GO方法而言，副反射面、副反射面的支桿以及饋源必然會在主反射面上帶來遮擋影響，這使得卡塞格倫天線副瓣抬升、增益降低，這是卡氏天線的缺點。

極化扭轉(zhuǎn)極化扭轉(zhuǎn)在保證機(jī)械強(qiáng)度的前提下，為了減小副面支桿的遮擋面積，可把支桿做成窄矩形、銳角等腰三角形，以減小它的投影面積，也可以采用介質(zhì)支桿的形式。這些措施都可以有效降低支桿遮擋。而副反射面面和饋源輻射口徑的遮擋面積不僅重疊，而且互相矛盾。如果減小副面直徑，饋源對副面的照射角就隨之減小，為了滿足副面的邊緣照射電平，口徑就要相應(yīng)增大，因此，副面遮擋小時，饋源遮擋就大；如果減小饋源口徑，饋源的初級方向圖波束寬度必然變寬，為了滿足副面的邊緣照射電平副反射面口徑就要相應(yīng)增大，所以饋源遮擋小時，副反射面遮擋就大。只有當(dāng)兩者的遮擋面積大致相等時，才能使它們對主面口徑的遮擋減至最小，由此就有了一個副面最小遮擋直徑。但是，在天線波束寬度大于1。時，依照最小遮擋原則設(shè)計，副瓣電平仍然會因為副面遮擋抬升不少，不能令人滿意。即使當(dāng)天線波束寬度小于1。時，只是因為主反射面電尺寸大，副反射面遮擋顯得小些而已，副瓣電平、增益仍然會變差。此時，為了在卡塞格倫天線中盡量降低因為各種遮擋產(chǎn)生的副瓣變差、增益降低的影響，人們就提出了極化扭轉(zhuǎn)技術(shù)。它的副反射面是由與饋源輻射的電磁波極化平行的金屬柵構(gòu)成，電磁波由副反射面反射回主反射面后，由主反射面的極化扭轉(zhuǎn)裝置將電磁波極化扭轉(zhuǎn)90。因為金屬柵對于和它垂直的極化方式表現(xiàn)為強(qiáng)透射，從而將主反射面的能量幾乎完全輻射到空間，從理論上消除了副面遮擋因素。正因為副面遮擋消除，一般將副反射面設(shè)計的比較大，而且使用雙曲線旋轉(zhuǎn)面的凹面，與主反射面合為一體，這樣也就沒有了副反射面支桿，支桿遮擋也就消除了。又因為副反射面很大，所以同樣的邊緣照射電平，饋源輻射口面就很小甚至是縮口波導(dǎo)的形式，這樣饋源遮擋也就大大減小了。系統(tǒng)最佳吻合雙曲面誤差的產(chǎn)生及原因系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生及原因卡塞格倫天線系統(tǒng)主要是保證由初級饋源輻射的電磁波繹過副面和主面的二次反射后形成與軸線平行的射線,并在主面的口徑場上產(chǎn)生等相位面。標(biāo)準(zhǔn)的卡氏天線系統(tǒng)是用拋物面(主面)和雙曲面(副面)的組合來達(dá)到上述要求。而實際的卡氏天線由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造誤差以及在各種載荷作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形,總不能處于理想的卡氏天線位置,其誤差將影響天線的電氣性能。例如,反射器的表面誤差會引起天線口徑場上的相位誤差,導(dǎo)致天線的增益降低,旁瓣電平增高;指向誤差使天線的波束指向發(fā)生偏移等等。天線表面誤差對電氣性能的影響主要取決于各點誤差之間的相對值,而并非絕對值。所以,從結(jié)構(gòu)變形考慮,要改善電氣性能不一定僅著服于提高機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剛度來限制結(jié)構(gòu)變形的絕對值。

最佳吻合雙曲面分析實際卡氏天線系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形狀態(tài),對于主、副反射器前言,可以分解為兩部分:一部分是整個反射器的剛體運動(移動和轉(zhuǎn)動)及相應(yīng)曲面參數(shù)的變化;另一部分是反射器表面各點相對于新曲面的偏差。因此,可以作