天线理论 - 抛物面反射器

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抛物面反射器是微波天线。为了更好地理解这些天线，必须讨论抛物面反射器的概念。

频率范围

抛物面反射器天线的应用频率范围高于 1MHz。这些天线广泛用于无线电和无线应用。

工作原理

抛物线的标准定义是 - 一个点轨迹，该点以这样的方式移动，即它到固定点（称为焦点）的距离加上它到一条直线（称为准线）的距离是恒定的。

下图显示了抛物面反射器的几何形状。点F是焦点（馈电点），V是顶点。连接 F 和 V 的线是对称轴。PQ 是反射射线，其中L表示反射点所在的准线（表示它们是共线的）。因此，根据上述定义，F 和 L 之间的距离相对于被聚焦的波是恒定的。

反射波在抛物线形状之外形成一个准直波阵面。焦距与孔径尺寸（即 f/D）的比率称为“f/D 比”，是抛物面反射器的一个重要参数。其值在0.25 到 0.50之间变化。

反射定律指出入射角和反射角相等。当此定律与抛物线一起使用时，有助于聚焦波束。用于反射波目的的

抛物线的形状在反射波时表现出一些抛物线的特性，这些特性有助于利用反射波构建天线。

抛物线的特性

• 所有起源于焦点的波都反射回抛物线轴。因此，到达孔径的所有波都同相。

• 由于波同相，因此沿抛物线轴的辐射波束将很强且集中。

根据这些要点，抛物面反射器有助于产生具有较窄波束宽度的较高方向性。

抛物面反射器的构造和工作原理

如果抛物面反射器天线用于发射信号，则来自馈电的信号会从偶极子或喇叭天线发出，以将波聚焦到抛物线上。这意味着波从焦点发出并照射到抛物面反射器上。现在，正如前面所讨论的那样，此波被反射为准直波阵面，以进行传输。

同一根天线用作接收器。当电磁波撞击抛物线的形状时，波会被反射到馈电点。作为馈电处接收天线的偶极子或喇叭天线接收此信号，将其转换为电信号并将其转发到接收器电路。

下图显示了抛物面反射器天线。

抛物面的增益是孔径比(D/λ)的函数。天线的有效辐射功率(ERP)是馈送到天线的输入功率与其功率增益的乘积。

通常，波导喇叭天线用作抛物面反射器天线的馈电辐射器。除了这种技术之外，我们还对抛物面反射器天线提供了另一种类型的馈电，称为卡塞格伦馈电。

卡塞格伦馈电

卡塞格伦是提供给反射器天线的另一种馈电类型。在这种类型中，馈电位于抛物面的顶点，这与抛物面反射器不同。一个凸形反射器，充当双曲线，放置在天线馈电的对面。它也被称为次级双曲线反射器或副反射器。它的放置位置使得其一个焦点与抛物线的焦点重合。因此，波被反射两次。

上图显示了卡塞格伦馈电的工作模型。

卡塞格伦天线的工作原理

当天线充当发射天线时，来自馈电的能量通过喇叭天线辐射到双曲线凹面反射器上，然后反射回抛物面反射器上。信号从那里反射到太空中。因此，控制了功率的浪费并提高了方向性。

当同一根天线用于接收时，电磁波撞击反射器，反射到凹面双曲线上，然后从那里到达馈电。一个波导喇叭天线在那里接收此信号并将其发送到接收器电路进行放大。

请查看下图。它显示了一个带卡塞格伦馈电的抛物面反射器。

优点

以下是抛物面反射器天线的优点：

• 减少旁瓣

• 减少功率损耗

• 实现等效焦距

• 馈电可以根据我们的方便放置在任何位置

• 通过调整反射面来调整波束（缩小或加宽）

缺点

以下是抛物面反射器天线的缺点：

• 从抛物面反射器反射的一些功率会被阻挡。对于小尺寸抛物面，这成为一个问题。

应用

以下是抛物面反射器天线的应用：

• 卡塞格伦馈电抛物面反射器主要用于卫星通信。

• 也用于无线电信系统。

让我们看看另一种类型的馈电，称为格里高利馈电，用于抛物面反射器。

格里高利馈电

这是另一种使用的馈电类型。存在一对特定的配置，其中馈电波束宽度逐渐增加，而天线尺寸保持固定。这种类型的馈电称为格里高利馈电。在这里，卡塞格伦的凸形双曲线被一个凹形抛物面反射器所取代，当然，它尺寸更小。

这些格里高利馈电型反射器可以用四种方式使用：

• 在焦点 F1 处使用反射椭球副反射器的格里高利系统。

• 在焦点 F2 处使用反射椭球副反射器的格里高利系统。

• 使用双曲线副反射器（凸）的卡塞格伦系统。

• 使用双曲线副反射器（凹，但馈电非常靠近它）的卡塞格伦系统。

这些都只是为了提及，因为它们并不流行，也没有得到广泛应用。它们有其局限性。

该图清楚地描绘了所有类型反射器的工作模式。还有其他类型的抛物面反射器，例如：

• 截断抛物面
• 抛物面圆柱体
• 药盒抛物面

然而，由于它们在工作条件下存在局限性和缺点，因此所有这些都极少使用。

因此，在所有类型的反射器天线中，简单的抛物面反射器和卡塞格伦馈电抛物面反射器是最常用的。