第6章面天线ppt课件.ppt

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1、面天线广泛应用于微波中继通信、卫星通信、雷达等无线电系统中。在微波阶段，由于波长很短，所以仅在其长波段采用线式天线，波长较短时，线天线就难以加工调试，甚至难以实现，这是就可以利用微波的似光特性，根据光学原理来制作面式天线。第6章面天线6.1等效原理与惠更斯元的辐射6.2平面口径的辐射6.3喇叭天线6.4旋转抛物面天线6.5卡塞格伦天线6.6喇叭抛物面天线6.1等效原理与惠更斯元的辐射惠更斯原理具体表述？空间任一点的场是包围天线封闭面上各点的电磁扰动产生的次级辐射在该点叠加的结果6.1等效原理与惠更斯元的辐射面天线的结构金属面S1初级辐射源金属面的口径面S2有效的次级辐射源是哪

2、个面？次级辐射面的一个积分单元！惠更斯元上电磁扰动等效原理磁场等效电流元电场等效磁流元惠更斯元/面元？图6-1-2惠更斯辐射元及其坐标口径面（xOy面）惠更斯元ds=dxdyen，均匀的切向电场Ey和切向磁场Hx根据等效原理，此面元的等效面电流密度为：等效电基本振子电流的方向沿y轴方向，其长度为dy，数值为：Hxdx结论：惠更斯元可视为两正交的长度为dy、大小为Hxdx的电基本振子(电流矩Hx.dS)与长度为dx、大小为Eydy的磁基本振子(磁流矩Ey.dS)的组合。等效磁基本振子磁流的方向沿x轴方向，其长度为dx，数值为Eydy等效面磁流密度E平面（yOz平面）：电基本振子

3、产生的辐射场为磁基本振子产生的辐射场为惠更斯元的辐射于是，惠更斯元在E平面上的辐射场为因为磁基本振子产生的辐射场为H面（XOZ平面）电基本振子产生的辐射场为于是，惠更斯元在H平面上的辐射场为两主平面的归一化方向函数均为最大辐射方向与其本身垂直6.2平面口径的辐射6.2.1一般计算公式设口径面积为S，口径场Ey，该平面口径辐射场的极化与上节讨论的惠更斯元的极化相同。当观察点很远时，可认为R与r近似平行，R可表示为对于E平面（yOz平面），，R≈r-yssinθ，辐射场为对于H平面（xOz平面），φ=0，R≈r-xssinθ，辐射场为只要给定口径面的形状和口径面上的场分布，就可以

4、求得两个主平面的辐射场，分析其方向性变化规律。结论：6.2.2同相平面口径的辐射1.矩形同相平面口径的辐射(口径尺寸为a×b)E平面（yOz平面），H平面（xOz平面）当口径场Ey为均匀分布时，Ey=E0，若取：则两主平面的方向函数为:方向性函数由两部分组成：若a,b>>λ,则口面辐射集中在θ较小的范围内，（1+cosθ）/2≈1,自因子随θ变化很小，故E/H面的方向函数主要由阵因子决定。于是矩形等幅同相口面的E/H方向性函数统一可以写成：矩形等幅同相口面的E/H方向图的相关参数：当口径场Ey为余弦分布时：则两主平面的方向函数为同理：E/H面的方向函数主要由阵因子决定a=2λ

5、,b=3λ矩形口径，由于口径在E平面的尺寸较大，因此E面方向图比H面方向图主瓣窄(公式可看出P161)，并且E面波瓣个数多于H面波瓣个数。又因为余弦分布只体现在x坐标上，所以对应的方向图只在H面上主瓣变宽，副瓣变小，而E面方向图维持不变。立体方向图:图6-2-4矩形口径立体方向图(a)均匀分布；(b)余弦分布2.圆形同相平面口径的辐射在实际应用中，经常有圆形口径的天线。对于圆形口径可以建立坐标系如图6-2-5所示，引入极坐标与直角坐标的关系：（6-2-19）图6-2-5圆形平面口径坐标系仍然讨论口径场为单一极化Ey(ρs,φs)，并且假定口径场分布是φ对称的，仅是ρ的函数。当

6、口径场均匀分布时，Ey=E0，则两主平面的辐射场表达式为在上式中引入贝塞尔函数公式在式（6-2-20）和（6-2-21）中引入参量并注意到积分公式（6-2-23）（6-2-24）则圆形均匀口径的两主平面方向函数为（6-2-25）口面利用系数(P157)对于同相平面口径，最大辐射方向一定发生在θ=0处.6.2.3同相平面口径方向图参数如果定义面积利用系数:(S为实际口面的面积)（6-2-8）则式（6-2-7）可以改写为（6-2-9）面积利用系数ν反映了口径场分布的均匀程度，口径场分布越均匀，ν值越大，当口径场完全均匀分布时，ν＝1。补充矩形同相等幅面和同相余弦分布口面的ν。对矩

7、形同相等幅口面来说：Es＝E0求出：对矩形同相余弦分布口面来说：如果统一引入则平面口径的主平面辐射场可统一表示为：通常口径尺寸都远大于λ，则辐射的能量集中在θ较小的范围内，θ较小，可认为(1+cosθ)/2≈1。故F(θ)主要由Ψ表述的阵因子决定。表6-2-1同相口径辐射特性一览表根据Ψ的具体表达式，求出不同口径分布、不同主平面的主瓣宽度还可以根据式（6-2-8）求出相应的面积利用系数υ。表6-2-1列出了不同口径的方向图参数。对同相口径场而言，可归纳结论如下：（1）平面同相口径的最大辐射方向一定位于口