最專業(yè)最全面天線原理匯總4

• 拋物面天線

拋物面天線的優(yōu)勢(shì)就在于具有 極高的增益 ，劣勢(shì)就在于 結(jié)構(gòu)尺寸較大 ，因而常被應(yīng)用于像衛(wèi)星通信、天文探測(cè)等這些需要接收微弱信號(hào)的工作場(chǎng)景。例如坐落于貴州省的世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡FAST口徑甚至達(dá)到了500米，如此龐大的口徑，就是為了探測(cè)宇宙中最為微弱的信息。

FAST射電望遠(yuǎn)鏡

• 分析方法

拋物面天線的分析方法同喇叭天線基本一致，主要是基于“等效原理”，將天線輻射分析轉(zhuǎn)化為拋物面口徑處“電場(chǎng)”和“磁場(chǎng)”產(chǎn)生的等效源的輻射分析。分析過程與上文喇叭天線分析過程一致，此處不再贅述。

拋物面口徑上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布

• 輻射機(jī)理

拋物面天線結(jié)構(gòu)參數(shù)

決定拋物面天線結(jié)構(gòu)尺寸主要有：1）焦距OF；2）直徑D；3）口徑張角。

對(duì)比饋源喇叭天線和饋源+拋物面天線的近場(chǎng)分布情況，由圖可知：饋源喇叭輻射的電磁場(chǎng)經(jīng)拋物面反射后，涇渭分明地在拋物面豎直向上的投影區(qū)域形成了很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)分布。

僅喇叭工作時(shí)的近場(chǎng)分布

加上拋物面后的近場(chǎng)分布

通過觀察拋物面天線的近場(chǎng)相位分布可知，位于拋物面焦點(diǎn)處的喇叭饋源輻射的球面電磁波經(jīng)過拋物面的反射，最終形成了近似平面波的場(chǎng)分布。

近場(chǎng)主極化分量的相位分布

正是由于拋物面的匯聚作用，天線的定向性有了極大的提高 ，30倍波長(zhǎng)口徑的拋物面天線，在角錐喇叭的饋電下，波束增益達(dá)到了40dBi。

拋物面天線的方向圖

• 隙縫天線

• 分析方法

依據(jù)基本單元輻射分析中的“基本縫隙輻射理論”，可以比較容易的獲得波導(dǎo)縫隙天線的輻射分析方法。

基本縫隙模型

上文中，基本縫隙的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)計(jì)算公式為：

其中“ * Et ”* ** 為縫隙間的電場(chǎng)分布，則開縫長(zhǎng)度為“ L ”波導(dǎo)縫隙天線的輻射特性可以由基本縫隙的輻射場(chǎng)積分求得：

• 輻射機(jī)理

想要波導(dǎo)上的縫隙產(chǎn)生輻射，開縫的 “位置” 和 “方向” 十分講究，如圖所示分別為等尺寸波導(dǎo)內(nèi)的磁場(chǎng)分布以及波導(dǎo)表面電流分布，可知：磁場(chǎng)在每個(gè)周期內(nèi)呈**“渦旋狀” ，由于表面電流與切向磁場(chǎng)的關(guān)系“”，因此表面電流在每個(gè)周期內(nèi)呈 “輻射狀”**。

波導(dǎo)腔內(nèi)的磁場(chǎng)分布

波導(dǎo)金屬壁上的電流分布

想要獲得有效輻射， 縫隙走向需要與“磁場(chǎng)”相平行，從而才能與“電流”相垂直 ，使得其有效的 切割“電流” ，被切割的“電流”在縫隙的寬邊兩側(cè)形成“電壓差”，從而在縫隙中激發(fā)位移電流“”，由上面的理論分析可知， 縫隙間電場(chǎng)“”正是產(chǎn)生縫隙輻射的根本原因 。

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)波導(dǎo)上的縫隙并沒有完全開在磁場(chǎng)最大的地方，這主要是因?yàn)椋鳛榭p隙陣列天線的每一個(gè)單元，考慮到陣列綜合形成滿足要求的方向圖，每個(gè)縫隙的輻射功率和相位需要滿足一定的關(guān)系，而功率和相位則主要通過調(diào)整縫隙的位置實(shí)現(xiàn)。

波導(dǎo)縫隙的輻射機(jī)理

由于對(duì)耦的關(guān)系， 半****波磁振子與半波電振子的輻射方向圖一致，只是“電場(chǎng)”和“磁場(chǎng)”的方向?qū)φ{(diào)了一下 ，波導(dǎo)縫隙陣的方向圖為每個(gè)縫隙沿縱向進(jìn)行相干疊加，因此在波導(dǎo)的周向形成一個(gè)窄波束。

波導(dǎo)縫隙的方向圖

• 微帶天線

微帶天線是一類平面印刷電路天線，其主要優(yōu)點(diǎn)有重量輕、剖面低（薄）、成本低以及易加工。其無論是在民用（如汽車防碰撞雷達(dá)）還是軍用（如戰(zhàn)機(jī)火控雷達(dá)）均有著廣泛的應(yīng)用。

微帶天線的使用場(chǎng)景

• 分析方法

如圖所示為一個(gè)采用側(cè)饋方式進(jìn)行饋電的微帶天線，其厚度為h，寬度為W，長(zhǎng)度，微帶貼片上電流分布，導(dǎo)致其與金屬地之間形成壓差，從而在棱邊與地之間形成位移電流，等效為兩個(gè)長(zhǎng)度為W的半波磁振子的輻射。

半波磁振子的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性可由基本磁振子的輻射分布積分而得，即為：

其中和分別為基本磁振子遠(yuǎn)場(chǎng)“電場(chǎng)”和“磁場(chǎng)”的分布。

微帶天線的近場(chǎng)分布

• 輻射機(jī)理

介紹完微帶天線的分析方法，你是否會(huì)比較疑惑，為什么要將微帶天線的輻射等效為半波磁振子來進(jìn)行分析，難道不能直接依據(jù)貼片上的電流來進(jìn)行分析嗎？

如上文提到的“鏡像原理”可知：無限大PEC上的切向電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等幅反向的鏡像電流，而切向磁流則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等幅同向的鏡像磁流 ，從而使得切向電流與鏡像電流相互抵消，切向磁流與鏡像電流疊加增強(qiáng)?；氐轿炀€，由于貼片太薄，位于金屬地之上的電流會(huì)因?yàn)槠涞确聪嗟摹扮R像電流”的相互抵消而不輻射。

現(xiàn)在，我們針對(duì)簡(jiǎn)單矩形貼片上的“電流”和“近場(chǎng)”分布進(jìn)行分析，直觀的認(rèn)識(shí)微帶天線的輻射機(jī)理。如圖所示為微帶金屬貼片上的電流分布，由圖可知：電流由饋電點(diǎn)（圖中電流最密集區(qū)域）流出，沿著金屬貼片的短邊流動(dòng)，電流的流向與貼片的窄邊相平行，不會(huì)被截?cái)?，?與貼片的寬邊相垂直，會(huì)被截?cái)?/strong> 。由波導(dǎo)縫隙天線的輻射機(jī)理。我們知道，被截?cái)嗟碾娏鲿?huì)以“位移電流”的形式傳播，而“位移電流”等效為“磁流”產(chǎn)生輻射。