4.4面天线 线天线在微波波段的局限性： 1、方向系数小： 2、阵列天线实现复杂； 3、尺寸限制了功率容量； 4、天线阵参数难以控制； 因此，线天线的增益一般都 china.makepolo.com 小于30dB。大多只应用于厘米波 段以下。为了解决线天线固有的 弱点，出现了面天线。在波长小 于10厘米，微波波段，多采用面 天线，这样不仅结构简单，而且 增益高。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学阮
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 1 4.4 面天线 线天线在微波波段的局限性 ： 1、方向系数小； 2、阵列天线实现复杂； 3、尺寸限制了功率容量； 4、天线阵参数难以控制； 因此，线天线的增益一般都 小于30dB。大多只应用于厘米波 段以下。为了解决线天线固有的 弱点，出现了面天线。在波长小 于10厘米，微波波段，多采用面 天线，这样不仅结构简单，而且 增益高
4.4面天线 面状天线主体是其尺寸远大于工作波长的金属面状 结构。面天线用在无线电频谱的高频端，特别是微波波 段，其最大特点是强方向性。常见的面天线有喇叭天线， 抛物面天线等，已被广泛地应用于微波中继通信系统、 卫星通信及雷达、导航等方向。 大型面天线常有两个不同作用的部件构成。一个是 初级辐射器，通常由对称振子、缝隙或喇叭构成，其作 用是将高频电流或导波的能量转变为电磁辐射能量；另 一个是使天线形成所要求的方向特性的辐射口面，如喇 叭的口面、抛物反射面，因为辐射口面的尺寸可以做到 远大于工作波长，微波面天线在合理的尺寸下可得到很 高的增益。 面天线的分析与线天线类似，先求出它的辐射场， 再分析方向性、阻抗等特性。严格求解面天线的辐射场， 数学上是很繁杂的。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 2
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 2 4.4 面天线 面状天线主体是其尺寸远大于工作波长的金属面状 结构。面天线用在无线电频谱的高频端，特别是微波波 段，其最大特点是强方向性。常见的面天线有喇叭天线， 抛物面天线等，已被广泛地应用于微波中继通信系统、 卫星通信及雷达、导航等方向。 大型面天线常有两个不同作用的部件构成。一个是 初级辐射器，通常由对称振子、缝隙或喇叭构成，其作 用是将高频电流或导波的能量转变为电磁辐射能量；另 一个是使天线形成所要求的方向特性的辐射口面，如喇 叭的口面、抛物反射面，因为辐射口面的尺寸可以做到 远大于工作波长，微波面天线在合理的尺寸下可得到很 高的增益。 面天线的分析与线天线类似，先求出它的辐射场， 再分析方向性、阻抗等特性。严格求解面天线的辐射场， 数学上是很繁杂的
4.4面天线 惠更斯菲涅耳原理 惠更斯原理认为：波在传播过程中，行进中的波阵 面上每一点都是子波源，由这些子波源产生的球面波波 前的包络构成下一时刻的波阵面。 菲涅耳发展了惠更斯的理论，认为在波前进过程中， 空间任何一点的波场是包围波源的任意封闭曲面上各点 子波源发出的波在该点以各种幅度和相位叠加的结果。 惠更斯菲涅耳原理表明：空间中任一点电磁场， 是包围天线的任意封闭曲面上各点产生的电磁场在该点 叠加的结果。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 3 4.4 面天线 惠更斯-菲涅耳原理 惠更斯原理认为：波在传播过程中，行进中的波阵 面上每一点都是子波源，由这些子波源产生的球面波波 前的包络构成下一时刻的波阵面。 菲涅耳发展了惠更斯的理论，认为在波前进过程中， 空间任何一点的波场是包围波源的任意封闭曲面上各点 子波源发出的波在该点以各种幅度和相位叠加的结果。 惠更斯-菲涅耳原理表明：空间中任一点电磁场， 是包围天线的任意封闭曲面上各点产生的电磁场在该点 叠加的结果
、 喇叭天线 1、喇叭天线的种类、结构和特点 喇叭天线是一种最基本的面状天线，是由波导壁张 开延伸而得。根据惠更斯原理，终端开口的波导管可以 构成一个辐射器。但波导口面的电尺寸很小，其辐射的 方向性很差。而且，在波导开口处波的传播条件发生突 变，波导与开口面外的空间不相匹配，将形成严重的反 射。将波导管的截面均匀地逐渐扩展，既能取得大的口 面尺寸，同时也因电波在喇叭张开段逐渐扩张，改善了 它在开口面上的匹配情况，从而取得良好的辐射特性。 (a)矩形嗽叭 (b)圆锥形嗽叭 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 4
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 4 一、喇叭天线 1、喇叭天线的种类、结构和特点 喇叭天线是一种最基本的面状天线，是由波导壁张 开延伸而得。根据惠更斯原理，终端开口的波导管可以 构成一个辐射器。但波导口面的电尺寸很小，其辐射的 方向性很差。而且，在波导开口处波的传播条件发生突 变，波导与开口面外的空间不相匹配，将形成严重的反 射。将波导管的截面均匀地逐渐扩展，既能取得大的口 面尺寸，同时也因电波在喇叭张开段逐渐扩张，改善了 它在开口面上的匹配情况，从而取得良好的辐射特性
2、喇叭天线的辐射特性 喇叭天线口面振幅均匀时，方向性系数为 D= 4π A 当口面振幅为余弦分布时，方向性函数 D= A 4 式中A是口面几何面积，A是有效面积。A,=UA,D称 口面利用系数，当振幅余弦分布时0=0.81。 口面辐射特性见下表： STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 5
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 5 2、喇叭天线的辐射特性 喇叭天线口面振幅均匀时，方向性系数为 当口面振幅为余弦分布时，方向性函数 式中 A 是口面几何面积，A0是有效面积。A0 =uA，u称 口面利用系数，当振幅余弦分布时u=0．81。 口面辐射特性见下表：
口面形状 口面场分布 263B(弧度) FSIL(dB) 方向函数 E面：0.89品 E面，in% Ey=Eo -13.2 1 H面：0.89 D H面，in 矩形 E面：0.89D2 -13.2 E面：sin 化，=cos积 0.81 cos H面：1.18 -23.0 H面： 1-(层) n=0 1.022a -17.6 J() Ey=Eo [-(会] m=1 1.272a -24.6 0.75 J2() n-2 1.47à -30.6 0.56 Jz(4) 圆形 m=0 1.2à -17.6 E,=E0.3+0.7× m=1 1.14会 -22.4 0.91 -g)]} n=2 17会 -27.5 0.87 STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6
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二、 抛物面天线 抛物面天线的工作原理与探照灯相类似，利用反射面 来改进天线的辐射特性。 1、抛物面天线的结构和工作原理 抛物面天线由辐射器（或称馈源）和抛物反射面构成。 辐射器位于抛物面的焦点上，本身为弱方向性。经过反射 以后则可成为主瓣很窄，副瓣很小的强方向性天线。抛物 面天线具有良好的辐射特性，在微波中继通信，卫星地面 站和射电天文等方面得到了广泛的应用。 抛物反射面具有多种形式，常用的有柱形抛物面、旋 转抛物面和部分抛物面。辐射器可采用圆形、角锥形喇叭 或二元振子阵等。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 7 二、抛物面天线 抛物面天线的工作原理与探照灯相类似，利用反射面 来改进天线的辐射特性。 1、抛物面天线的结构和工作原理 抛物面天线由辐射器（或称馈源）和抛物反射面构成。 辐射器位于抛物面的焦点上，本身为弱方向性。经过反射 以后则可成为主瓣很窄，副瓣很小的强方向性天线。抛物 面天线具有良好的辐射特性，在微波中继通信，卫星地面 站和射电天文等方面得到了广泛的应用。 抛物反射面具有多种形式，常用的有柱形抛物面、旋 转抛物面和部分抛物面。辐射器可采用圆形、角锥形喇叭 或二元振子阵等
抛物面天线的工作原理可借鉴几何光学射线法说明， 令馈源天线的相位中心与抛物面天线焦点F重合。由F 发出的球面波服从几何光学射线定律： a、反射线平行律：由焦点发出的射线经抛物面发射 后，反射线与轴线平行； b、等光程律：所有从F发出的射线经抛物面发射后， 反射线到达任何与抛物面天线轴垂直的平面的光程相等。 即从焦点F发出的射线，经抛物面反射后平行于OF 轴，从而在口面上可得到近似均匀的平面波。该特性是 抛物面天线辐射的重要理论依据。 STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 8 抛物面天线的工作原理可借鉴几何光学射线法说明， 令馈源天线的相位中心与抛物面天线焦点 F 重合。由F 发出的球面波服从几何光学射线定律： a、反射线平行律：由焦点发出的射线经抛物面发射 后，反射线与轴线平行； b、等光程律：所有从F发出的射线经抛物面发射后， 反射线到达任何与抛物面天线轴垂直的平面的光程相等。 即从焦点 F 发出的射线，经抛物面反射后平行于OF 轴，从而在口面上可得到近似均匀的平面波。该特性是 抛物面天线辐射的重要理论依据
辐射器 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
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X7面（E面) 2、抛物面天线的方 向性和增益系数 0.8 带有无源反射器 0G -08 -2 的半波振子作辐射器， 0.4 K0-16 0.2 对于不同的焦径比Ro /f值时(R=PosinPo), 10 8 9 kRoSine 抛物面天线在H面及 z面（H面) 0 E面的方向图曲线如 0.8 图所示。 0.6 0.4 02 012 R2 2 8 9 10 kRoSine -0g STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10 2 、抛物面天线的方 向性和增益系数 带有无源反射器 的半波振子作辐射器， 对于不同的焦径比 R0 ／f 值时(R0 =r0 sinj0 )， 抛物面天线在 H 面及 E 面的方向图曲线如 图所示