高增益.宽频带.低旁瓣抛物面天线的设计
第２０卷第４期
甘肃科技
Ⅷ．２０
Ｎｏ．４２００４年４月Ｇａｎｓｕ２００４
：：＝＝—＝＝—＝—＝＝＝＝—＝＝＝＝—｛—＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一
ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔ色ｃｈｌｌｏｌｏ眄铆ｆ．
高增益、宽频带、低旁瓣抛物面天线的设计
王耀琦
（兰州交通大学信息与电气工程学院．甘肃兰州７３００７６）
摘要：用面电流法和口径法分析了抛物面天线的辐射场，讨论了该天线的组成及工作原理。说明
了三模馈源和差器的工作原理。
关键词：方向图、高增益、宽频带、低旁瓣中图分类号：讣旧２３
１
前言
ｉ＝［厩￡］１／２．而搴（４）
本天线完成了小口径多模宽频带馈源，高功率
差式中ｅ；表示馈源辐射电场极化方向的单位№双交射镜抛物面天线的设计与研制，该天线
口径照射微调罩、宽频带极化隔离栅、高透波率
矢量。
将式（１）和式（４）代入面电流密度矢量公式，得具有很小的孔径遮挡和较理想的口面照射函数和很到抛物面上任意一点Ｍ处的电流密度矢量为：
高的透波率。
了＝［４厄瓦￡］ｔ／２．［ｉ×（－０×ｉ）］
２天线辐射场的分析方法
庀订习譬＝ｃ．［．ｉ×（－０×ｉ）］庀瓦面．
本天线作为面天线的一种，它的分析方法遵循一般面天线的分析方法，通常采用旋转抛物面为例，｝
。～咖
（５）分析计算抛物面天线的辐射场通常采用面电流法和口径场法。
其中ｃ＝［４√厂万蕊券］１／２］是一与馈源功率有
面电流法
关的常数。
２．１
馈源辐射的电磁波投射到抛物面的内表面，在
则可以得到抛物面面电流分布产生的次级辐射其上产生感应电流，使抛物面内表面的每一面元都场为
成为辐射单元，在求抛物面面电流密度时，需作如下夏＝＿考挚一妇ｆ［＿ｏ×（７×＿０）］∥（ｒ—ｒｏ）．玉
的假设：反射面处于馈源场远区；不考虑反射面背面（６）
电流分布的影响；反射面对馈源的影响可以忽略不（二）口径场法
计。为了简化计算还应假设馈源发出的是线极化
在求抛物面口径场分布时，要应用光学反射定波。
律和能量守恒定律，如图１。
已知馈源入射于反射面的磁场Ｈ，则反射面面电流矢量，＝２．（玎×Ｈ）。
则可由入射电场ｉ求得厅＝√厂赢（ｉ×ｉ）
ｄｐ妄Ａ夕≤二／
Ｌ，’７
ｎ
（１）
／—、∑
．
Ｆ
设Ｐ是馈源总的辐射功率，Ｇ（｝，９）是它的功＼≤．ｒ
Ｚ
率方向函数，在反射面上任意一点Ｍ（ｒ，ｆ，妒）处，辐
＼
射功率通量密度为ｓ（，一，｝，妒）＝＾
（２）‘．７ｒｒ
图１
另一‘方面ｓ（，。，＃，妒）＝√善１）／ｐｏ（Ｅ）２
（３）
从位于抛物面焦点Ｆ处的馈源发出的射线束，
取馈源的相位中心作为参考点。得到：
经抛物面（ＡＢ）反射到口径（ＣＤ），由于反射面不损
万
方数据
５２
：＝＝一＝＝＝＝＝＝＝—＝——＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝—＝＝＝＝＝＝＝＝＝—＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一
甘肃科技
第２０卷
耗能量，在（ｃＤ）处的反射强度可由射线管能量守恒定律得出。
设在船处的反射强度为ｌ
Ｅ。１，在反射表面馈
源的入射强度为｝Ｅｉｌ，则
旧Ｉ２．ｒ．ｄ善．劫．却＝ＩＥ。Ｉ２．劫．劫．咖（７）即：ＩＥ。｜＝ＩＥ小√ｒ．砖／咖］
（８）
应用旋转抛物面的几何特征，导出以／却的计
算结果得到：
记入从馈源发出的波经抛物面反射到口径的路
Ｅ㈠葛Ｉ［厩嘉］１／２．掣（９）巨＝【厩嘉］ｌ／２．掣∥始一‰・ｚ
程相位和反射电场的极化，得抛物面口径场矢量为：
（１０）
３天线的组成和工作原理
本天线的结构如图２所示：
图２天线结构示意图
３．１天线的工作原理
如图３所示。由置于抛物面焦点上的馈源辐射
＼＼
７
／／
。
图３天线工作原理图
出的极化球面波照射到贯通抛物面上。由于抛物面内表面嵌有相对波长是密间距的金属栅，所以馈源辐射的平行于抛物面栅网的球面波在抛物面卜形成全反射，变成垂直极化的平面波，平行地投射到极化扭转板ｔ：，在极化扭转板，卜垂直极化波变成水平极
万
方数据化波．透过贯通抛物面辐射到自由空间，此时，形成的水平极化波垂直于抛物面的金属栅，因而能量全
部通过。
３．２快速大角度搜索
本天线以水平极化的平面电磁波向空间辐射（或接收回波信号），当扭转板转动时，天线水平极化波的等相位面以接近二倍机械角的速率转动，实现快速波束搜索。
３．３抛物面反射体结构及工作原理
抛物面内表面嵌有相对波长是密间距的金属栅，当电波的极化方向与金属导线平行时，它起反射面的作用，将能量全部反射。当电波的极化方向与金属导线垂直时，它使能量透过。３．４极化扭转板工作原理
在极化扭转板的前表皮中嵌有金属平行导线，
中间是损耗较小的ｆ、胁旺纸蜂窝及两层胶膜，后面
铺一层反射铜网。极化扭转板为圆形，直径大于抛物面，中间开一方孔，馈源从孔中伸出。极化扭转板前表皮中所嵌的金属平行导线与水平面成４５。夹角。
当天线以垂直极化波邑的形式发射时，垂直极化波与抛物面所嵌金属导线平行，能量被反射到嵌有与水平面成４５。夹角的金属导线的极化扭转板上，垂直极化波被分解为与所嵌金属导线平行和垂直的两个等幅正交分量Ｅ｜｜和Ｅ｜，Ｅｏ被反射，而
Ｅ
１分量透过极化扭转板的中间层，到达最后的一层
（反射铜网）。于是Ｅ１分量被反射铜网反射后形成
Ｅ
Ｊ反，此时Ｅ１分量往返于极化扭转板的中间层，在
Ｅｌ和ＥＩ反两分量之间产生１８０。的相位差。于是
Ｅ
ＩＩ，Ｅ上反两分量合成后形成Ｅ反分量，该分量与Ｅ＾
正交，从而实现极化扭转。
４馈源和差器的工作原理
馈源由喇叭及和差器两部分组成。而和差器又由Ｅ面折叠双Ｔ，Ｅ面波型器以及Ｈ面波型器三部
分组成，喇叭为三模喇叭（Ｈｌｏ模，Ｈ知模，脚ｌｌ模）。
三种模式分别用来产生通道信息、方位差信息和俯仰差信息。
三种模式的场分布如图４所示：
４．１
折叠双Ｔ
在微波技术中，双丁波导有以下特性：如果信
号从ｔ、２两臂反相输入（若两臂折叠，则为同相输入），则３臂输出为两者之和，即（３）＝（２＋１）；而４臂输出为两者之差，即（４）＝（１—２），（下转第４５页）
第４期
李斌等：虚拟现实地理信息系统（Ⅵ配Ｉｓ）技术在铁路勘测设计中的应用
是学习者都有重大的意义，在铁路勘测设计领域引入Ⅵ配ＩＳ技术，将会极大提高决策的水准和效率，使得专家在虚拟环境中进行选线研究，过程直观、清晰，具有很广阔的应用前景。结合目前的技术条件，在以下几个方面进行研究将会对Ⅵ配ＩＳ在铁路勘测设计中的发展和应用起到重要的促进作用。
①加强软件工程的研究，利用软件工程的方法进行Ⅵ配ＩＳ的开发。
②加强计算机硬件研究，缓解以致最终解决ＶＲａＳ的分析和图形显示之间的矛盾。
③加强Ⅵ≈ＧＩＳ与ｈｎｅｎｌｅｔ／Ｉｎ的ｎｅｔ和ｗｗＷ技
３．２络技术网
较一般的ｖＲＧＩｓ来讲，“数字铁路”对于网络的要求更加迫切，因为“数字铁路”是信息科学、计算机科学、空间探测、空间定位、地球科学、铁道自动控制及远程控制、铁道运输工程、运载工具甚至包括社会科学于一体的以科学研究、工程建设和产业化发展为导向的，旨在促进我国铁路乃至轨道交通可持续发展的交通体系。因此，“数字铁路”这个超大信息加紧密，关于这个问题，有人提出采用数字神经系统来解决。
３．３仿真虚拟技术
仿真与虚拟技术的主要任务之一是要创建一个合适的信息处理环境。“数字铁路”的显示部分是一个庞大复杂的虚拟现实系统，它向传统的虚拟现实系统提出了挑战。数字铁路的仿真虚拟技术涉及到多方面的可视化建模理论和信息化可视化技术。我们应从以下几个关键基础理论方面进行深入的研究：多维动态时空信息可视化理论、无级比例尺数字地面模型生成、显示，数字地面模型智能化信息提取和恢复理论。
４
的Ⅵ配Ｉｓ较一般的Ⅵ硼Ｓ相比，与眦ＩＳ连接更
术的联系，使ｖｌ硷Ｉｓ可以进一步走向实时、实用和
大众化。
④加强计算机科学计算的研究，进一步优化现
有的Ｉ伪模型。
统一的麟系统中，充分发挥各自优势，更好地
为铁路勘测设计服务。
参考文献：
【１］虚拟现实地理信息系统一Ｇ坞研究的新领域邓红艳计算机应用研究２００２（９）３３—３５
【２］易思蓉虚拟环境铁路选线设计系统的理论与方法研究西南交
⑤加强“３Ｓ”技术的综合应用研究。集成在一个
Ｖ只ＧＪＳ应用于铁路勘测设计的研究构想
Ⅵ配俗作为一种综合技术。无论对于决策者还
通大学博士论文
【３】数字铁路一２１世纪我国铁路现代化建设的战略目标铁道学报
２０００（６）９６—１０ｌ
ｔ｝・÷・啼・・ｔ｝・‘：，・ｔ｝・争・争・÷・争・ｔ｝・啼・・÷・争－÷・夺・・｝・—｝・・｛＇・＋・＋・ｔ｝・÷・争・夺・÷・夺・÷・÷・÷・夺・牵・÷・・争・÷・ｔ｝・÷・・争・夺・夺・争・夺・ｔ｝・÷・夺・夺・夺・夺・ｔ｝－÷・
（上接第５２页）
臣习亡］蕊
？Ｅ－ｏ模场分布丁Ｅ柏模场分布点Ｈ。模场分布
圉４
馈源和差器中模式场分布示意图
如果信号从３臂输入，则信号被平分到１、２两臂并反相输出，（若两臂折叠，则为同相），如果信号由４臂输入，则１、２两臂同相输出（若两臂折叠，则为反相）。所以３臂和４臂之间是互相隔离的。
折叠双Ｔ，即为上述双Ｔ的变形处理，与双Ｔ波导有同样的特性。
Ｅ面波型器将能量转换成两个等幅反相的Ⅱｍ模，
它满足电磁场的边界条件，使能量同相进入俯仰差通道，从而得到俯仰差信息。４．３激励ＴＥ２０模的Ｈ面波型器
Ｈ面波型器指的是在磁场平面内控制波型的装置。这里采用正交激励的Ｈ面波型器，激励波导和主波导ｆｒ交，激励波导中的ＴＥｌ０模能激励出主波导中的ＴＥ：。，模，当能量从喇叭口向里传输时，主波导中的１Ｂｏ模向里传输进入Ｈ面波型器后，便以１Ｅ…模进入方位差通道，从而得到方位差信息。
４．２激励模的Ｅ…面波型器
Ｅ面波型器指的是在电场平面内控制波型的装置。在这里采用的是等幅反相激励的Ｅ面波型器．俯仰面的非对称激励喇叭｝丁产生卜下电场反相的ＥＨ．模，当能量从喇叭向里传输进入Ｅ面波型器时。
万方数据
高增益、宽频带、低旁瓣抛物面天线的设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
王耀琦
兰州交通大学信息与电气工程学院,甘肃,兰州,730076甘肃科技
GANSU SCIENCE AND TECHNOLOGY2004,20(4)1次
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