1、第七章第七章 面天线的辐射面天线的辐射7.1 7.1 基本理论基本理论一一.概述概述1.1.典型面天线及特征典型面天线及特征喇叭天线喇叭天线旋转抛物面天线旋转抛物面天线【共同特征】有一个口面（平面）【共同特征】有一个口面（平面）能量通道能量通道2.2.口面场类型口面场类型(,)(,)(,)ssjxyssssMssEyE xyyExy e1 1）按振幅分类：均匀振幅）按振幅分类：均匀振幅 余弦振幅余弦振幅0MEE0cos()MsEEAx2 2）按相位分类：同）按相位分类：同 相相 直线律相位直线律相位 平方律相位平方律相位0sA x2sA x二二.平面口面辐射场的一般公式平面口面辐射场的一般公式
2、设设s s在在 平面上，场点平面上，场点 ，面元面元 位于位于 点点0z ssdx dy(,)M r,ssxy近似关系：近似关系：口面尺寸口面尺寸,ss r zrsrMdssxy12222()()sssrxxyyz1222222ssssrxxyyxy122sincos2sinsin1ssxyrrr sincossinsinssrxysin(,)(1 cos)2sjkyjkrsssssE xydEjeedx dyr 1.E1.E面内辐射场面内辐射场sinssrrysin(1 cos)(,)2sjkrjkyEsssssseEjE xy edx dyr 2.H2.H面内辐射场面内辐射场sinssrr
3、xsin(1 cos)(,)2sjkrjkxHsssssseEjE xy edx dyr 三三.同相平面口面天线的方向性系数及面积利用系同相平面口面天线的方向性系数及面积利用系数数1.1.方向性系数方向性系数maxavSDS222201448savsPPSEdsrrr2222maxmax0011(0)22sssSEE dsr 2max224ssavssE dsSDSEds2.2.面积利用系数面积利用系数221ssssE dssEds【讨论【讨论】1 1）（当（当 ）1,1Esct2 2）其中其中 为口面场均匀同相分布时为口面场均匀同相分布时 的方向性系数，此时能量最集中的方向性系数，此时能量最
4、集中24ySDDyD3 3）天线方向性天线方向性四四.同相矩形口面天线的辐射同相矩形口面天线的辐射1.1.均匀振幅均匀振幅xy1D2D1 1）口面场）口面场00ssEyEHxE 2 2）辐射电场）辐射电场20122sin1 cos2jkrEueEjE D Dru 10121sin1 cos2jkrHueEjE D Dru 11221sin21sin2uKDuKD3 3）辐射特性）辐射特性归一化方向性函数归一化方向性函数2211sin1 cos()2sin1 cos()2EHuFuuFu最大辐射方向最大辐射方向0,1EHFF最大辐射方向为最大辐射方向为 z,0EHFF无后向辐射无后向辐射主瓣宽度
5、主瓣宽度副瓣电平副瓣电平,23E H面积利用系数、方向性系数面积利用系数、方向性系数max12212144()DDSD 0.52251ED0.51251HD2.2.余弦振幅余弦振幅1 1）口面场）口面场2 2）辐射电场）辐射电场20122sin21 cos2jkrEueEjED Dru 101221cos21 cos221()jkrHueEjED Dru 112211sin,sin22uKDuKD01cos()ssxEyED3 3）辐射特性）辐射特性归一化方向性函数归一化方向性函数22121sin1 cos()2cos1 cos()221()EHuFuuFu最大辐射方向最大辐射方向0,1EHF
6、F最大辐射方向为最大辐射方向为 z,0EHFF无后向辐射无后向辐射主瓣宽度主瓣宽度副瓣电平副瓣电平13.2,23EHdBdB 面积利用系数、方向性系数面积利用系数、方向性系数12220.81440.81D DSD0.52251ED0.51268HD【讨论【讨论】1 1）不均匀性）不均匀性 主瓣变宽，主瓣变宽，副瓣电平副瓣电平,D2 2）只要同相分布，不论均匀否）只要同相分布，不论均匀否0 ()mz3 3）只要同相分布，不论均匀否）只要同相分布，不论均匀否 增大口面电尺寸增大口面电尺寸 主瓣变窄，主瓣变窄，1,2 DD 五五.口面场不同相位分布对辐射的影响口面场不同相位分布对辐射的影响1.1.直
7、线律相位分布直线律相位分布1 1）口面场）口面场sin0sjkxsEyE e2 2）辐射电场）辐射电场12012211sin(sin)sin1 cos212sin2jkrEKDueEjE D DruKD 101211sin(sinsin)1 cos1 cos2121 cos(sinsin)2jkrHKDeEjE D DrKD 3 3）辐射特性）辐射特性方向性函数方向性函数最大辐射方向最大辐射方向0,mEmH偏离口面法线偏离口面法线主瓣宽度主瓣宽度方向性系数方向性系数1222cos44cosD DSD0.52251ED0.51251cosHD可见，直线律相位分布口面天线的方向性差于同相分布可见，
8、直线律相位分布口面天线的方向性差于同相分布2.2.平方律相位分布平方律相位分布1 1）口面场）口面场2212()0smxjDsEyE e其中，其中，口面场的最大相位差口面场的最大相位差2128mKDR2 2）辐射特性）辐射特性 E E面内同于同相分布情况面内同于同相分布情况 H H面内面内 接近均匀同相分布接近均匀同相分布 主瓣变宽，副瓣电平变大主瓣变宽，副瓣电平变大 方向性变差方向性变差 主瓣分裂主瓣分裂,方向性明显变差方向性明显变差28m2382m232m7.2 7.2 喇叭天线喇叭天线一一.分类分类xyzoabE E 面面 y o z y o z 平面平面H H 面面 x o z x o
9、 z 平面平面1.E1.E面喇叭面喇叭矩形波导保持宽边尺寸矩形波导保持宽边尺寸a a不变而在不变而在E E面面内逐渐展开窄边内逐渐展开窄边b b而得，喇叭长度而得，喇叭长度R R2 2、张角张角222 2、口面尺寸、口面尺寸D D1 1*D D2 2（D D1 1=a=a）2.H2.H面喇叭面喇叭矩形波导保持窄边尺寸矩形波导保持窄边尺寸b b不变而在不变而在H H面内逐渐展面内逐渐展开宽边开宽边a a而得，喇叭长度而得，喇叭长度R R1 1、张角、张角221 1、口面尺、口面尺寸寸D D1 1*D D2 2（D D2 2=b=b）3.3.角锥喇叭角锥喇叭矩形波导四壁皆逐渐张开矩形波导四壁皆逐渐
10、张开二二.矩形喇叭的辐射特性矩形喇叭的辐射特性1.1.口面场口面场H H面喇叭：面喇叭：2101cos()sxjRsxEsEyEeDE E面喇叭：面喇叭：2201cos()syjRsxEsEyEeD角锥喇叭：角锥喇叭：2212()01cos()ssxyjRRsxEsEyEeD2.2.方向性方向性2222142mEDR2121344mHDR2223142mmEmH（主瓣宽度表、方向性系数图）（主瓣宽度表、方向性系数图）3.3.最佳喇叭最佳喇叭1 1）定义：按照最佳尺寸线设计的喇叭）定义：按照最佳尺寸线设计的喇叭2 2）物理意义：）物理意义：当当R1R1，R2R2取定值时，最佳喇叭的方向性系数最大
11、取定值时，最佳喇叭的方向性系数最大当当D D固定时，只有最佳喇叭的几何尺寸最小固定时，只有最佳喇叭的几何尺寸最小3 3）最佳尺寸线方程：）最佳尺寸线方程：22222121:2()42mEDEDRDaR佳21211213:3()44mHDHDR DbR佳11 3DR佳22 2DR佳角：角：4 4）最佳喇叭的方向性系数：）最佳喇叭的方向性系数：1240.64HDbD佳2240.64EDaD佳12240.51 DD D佳佳角三三.矩形喇叭的工程设计矩形喇叭的工程设计1.1.技术指标：在给定工作波段内（给定中心工作技术指标：在给定工作波段内（给定中心工作 波长），达到给定的方向性系数波长），达到给定的
12、方向性系数2.2.技术要求：在满足技术要求：在满足D D前提下，使尺寸尽可能小前提下，使尺寸尽可能小 按最佳喇叭设计按最佳喇叭设计3.3.设计步骤：设计步骤：1 1）根据给定中心工作波长设计相应的波导尺寸）根据给定中心工作波长设计相应的波导尺寸 （实际设计中应选（实际设计中应选 择标准波导尺寸）择标准波导尺寸）22aab2 2）根据给定的）根据给定的D D，确定矩形喇叭的最佳尺寸，确定矩形喇叭的最佳尺寸H H面喇叭：面喇叭：21212211 ,40.64 4 0.64 3HDDDbbDbDDDR佳佳佳佳E E面喇叭：面喇叭：22122222 ,40.64 4 0.64 2EDDDaaDaDDDR佳佳佳佳
