天线技术_(西电第二版)第9章课程方案.ppt

解 由相似三角形可求得斜距为 则斜径 Rh 50.97cm，Re 49.05 cm。 已知工作频率为8 GHz（λ 3.75 cm），由式（9-2-2）求得Sh 0.55，Se 0.31。现在使用图9-14和图 9-15求通用方向图的场强（θ 15°），其中 由图查得H面的相对场强值为0.27，而E面的相对场强值则为0.36。为获得精确的方向图电平值，我们还必须考虑惠更斯元的方向性函数（即自因子） 1+cosθ /2。当θ 15°时，倾斜因子是0.983，由通用方向图曲线查得的场强与倾斜因子的乘积取常用对数再乘以20便可得到用分贝表示的方向图电平值: H面为-11.5dB，E面为-9dB。 由图 9-14 和图9-15可见，与Se 0或Sh 0的方向图相比，Se ≠0或Sh≠0的方向图最明显的差别有两点: 零点消失，主瓣变宽； 过大的口径场相位偏差使θ 0 不再是最大辐射方向，其方向图类似马鞍形。 为了获得较好的方向图，使最大辐射方向在θ 0方向上， 工程上通常规定E面喇叭的最大相差φmE不超过π/2，则由式（9-2-5）可得 （9-2-8） （9-2-9） 规定H面喇叭的最大相差φmH不超过3π/4，比E面喇叭的限制宽松，这是因为口径场呈余弦分布，边缘场幅较小，虽有较大相差但对方向图影响却不大的缘故。由式（9-2-6）可得 由式 9-2-8 和式 9-2-9 可知，H面扇形和E面扇形喇叭的最佳尺寸分别为 （9-2-10） 相应的口径场的最大相移分别为3π/4和π/2， 最佳喇叭的主瓣宽度为 （9-2-11） 角锥形喇叭天线的方向性系数为 （9-2-12） 式中，DH与DE分别为H面扇形喇叭和E面扇形喇叭的方向性系数。 图 9-16 H面扇形喇叭天线的方向性系数DH 图9-17 E面扇形喇叭天线的方向性系数DE H面扇形和E面扇形喇叭的方向性系数均可近似为 （9-2-13） 式中, S W·H为口径面积，v 0.64为口面利用系数。 角锥喇叭的最佳尺寸就是H面扇形和E面扇形都取最佳尺寸， 方向性系数仍用式（9-2-13）计算，而最佳角锥喇叭的口面利用系数可根据式（9-2-12）和式（9-2-13）得出，即v 0.51。 这表明，最佳角锥喇叭的口面利用系数比最佳E面或H面扇形喇叭的口面利用系数小，这是因为角锥喇叭口径场沿两个方向均呈平方律变化的缘故。 设计喇叭天线时，不一定都要求设计成最佳喇叭，应按具体情况进行。通常，当给定增益系数时应将喇叭设计成最佳喇叭。此时，首先根据工作波长确定馈电波导的尺寸，从而确定喇叭颈部尺寸，然后根据要求的增益系数确定喇叭天线的最佳尺寸。角锥喇叭天线的尺寸应满足如下几何关系（参见图9-13）: （9-2-14） 另一种是根据方向图设计喇叭，通常就不选最佳尺寸了。设计中常用尝试法，要反复进行多次尺寸修正，直到完全符合要求为止。 图 9-18 角锥喇叭的三维方向图 9.3 抛 物 面 天 线 图 9-19 抛物面天线的形状 a 旋转抛物面； b 柱形抛物面； c 切割抛物面 9.3.1 抛物面天线的工作原理 图 9-20 旋转抛物面天线示意图 图9-21 旋转抛物面天线 1 天线口面——以抛物面的边缘线为周界的平面。口面直径以D表示，半径以R0表示，口面面积以S表示。 2 抛物面轴线——与口面平面垂直，并通过其中心的直线， 即z轴，或称为对称轴。 3 抛物面顶点——z轴与抛物面的交点， 即顶点O。 4 抛物面的焦距——由焦点F到顶点O的距离， 用f表示。 5 抛物面口面张角——在通过抛物面轴线的平面上，由焦点F向抛物面边缘相对的两点所引的连线间的夹角，用2φ0表示。 图 9-22 抛物面的几何关系 （1）如图9-22 b 所示，焦点F到抛物面上任一点M的连线FM与M点的法线MN的夹角∠FMN等于FM与抛物面轴线FO的夹角ψ的一半。这意味着自焦点F发出的任一条射线经抛物面反射后， 均成为与抛物面轴线平行的射线（电磁波）。 （2）如图9-22 a 所示，抛物线是到一定点（焦点F）和一定直线（准线NM″）距离相等的动点的轨迹。 抛物线上任一点到焦点F的距离与它到准线的距离相等。因此，由图9-22 可知: （9-3-1） 这说明由焦点经反射后到抛物面口面或参考面SS′的距离为一个常数，即2f。在直角坐标中，旋转抛物面的方程是 x2+y2 4fz （9-3-2） 为了分析方便，抛物线方程也经常用原点与焦点F重合的极坐标（ρ, ψ）来表示， 即 ρ+ρ·cosψ 2f （9-3-3） 式中，ρ FM是从焦点F到抛物面上任一点M的距离，ψ为ρ与轴线OF的夹角。 抛物面对天线性能有重要影响的一个几何参数是口径焦距比D/f。 由式（9-