[拼音]：fanshemian tianxian

[外文]：reflector antenna

由金属反射面和馈源组成的天线，主要包括单反射面天线(图1)和双反射面天线（图3）两大类。这是基于光学原理导出的天线形式，广泛用于微波和波长更短的波段。

第二次世界大战前后多种单反射面天线开始大量使用，到60年代出现了以卡塞格伦天线为代表的双反射面天线。它们已成为最常用的一类微波和毫米波高增益天线，广泛应用于通信、雷达、无线电导航、电子对抗、遥测、射电天文和气象等技术领域。以卫星通信为例，由于增益高和结构简单，反射面天线是通信卫星地球站的主要天线形式；由于能制成可展开的折伞形结构，它又是宇宙飞船和卫星天线的基本形式。至今不但已产生了多种多样的反射面形式来满足不同的需要，同时也出现了 能优良的多种馈源结构（见天线馈源）。有些还采用组合馈源来形成“和差”波束或多波束（见单脉冲天线和多波束天线）。

典型形式是旋转抛物面天线（图1a）。它的工作原理与光学反射镜相似，是利用抛物反射面的聚焦特 。抛物面上点P的以O为原点的柱坐标方程为ρ2＝4fz；以焦点F为原点的球坐标方程为r=2f/(1+cosθ)，f为抛物面的焦距。因此，由焦点F发出的射线经抛物面反射后，到达焦点所在平面的波程为一常数，即。这说明各反射线到达该平面时具有相同相位，因而由馈源发出的球面波经抛物面反射后就变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射很强的窄波束。抛物面直径D和工作波长λ之比越大，则波束越窄，其半功率点宽度为

2θ0.5＝(58°～ 80°) λ/D

天线增益G与天线开口面（口径）几何面积A成正比，而与波长平方λ2成反比，即

G＝4πAη/λ2＝(πD/λ)2η

式中η称为天线效率或口径效率，主要由口径利用系数与截获系数的乘积决定。口径利用系数取决于口径上场分布的均匀程度。当均匀分布（口径上各点场的相位相同且振幅相等）时，口径利用系数很大，其值为1。截获系数是馈源投射到反射面上的功率与馈源总辐射功率之比，理论上很大值也是 1。实际抛物面天线的效率约为0.5～0.7。导致口径效率下降的因素有：反射面形状不是严格的抛物面；馈源辐射的不是球面波；馈源的辐射不能保证抛物面口径场等幅分布且使一部分功率从口径边沿漏溢；馈源及其支撑杆对口径的遮挡等。馈源若不准确置于抛物面焦点也会引起口径效率下降；但有时还有意利用馈源偏离焦点来改变天线波束的指向和宽度。当馈源垂直于抛物面焦轴作上下偏移时，波束很大方向将指向与馈源偏移方向相反的一侧；当馈源沿焦轴作前后偏移时，则波束展宽。然而这类偏移不能太大，否则导致波束形状的严重畸变。

图1b为偏置抛物面天线。其馈源仍置于一旋转抛物面的焦点，但只取此抛物面一侧的一部分作为反射面而使馈源不会遮挡反射面口径的辐射，从而改善口径效率和波束旁瓣特 。另一种偏置结构是喇叭-抛物面天线（图1c），它是由一个角锥或圆锥喇叭直接接到偏置抛物面上而成。也可利用球面的一部分作为反射面（图1d）。馈源通常置于球面半径R的1/2处，这时馈源所对的小部分球面较接近于以 R/2为焦距的抛物面。由于几何对称 ，若馈源绕球心旋转，可使天线波束在很宽的角域上扫描而形状基本不变。现代世界上很大的反射面天线是直径 305米的球形反射面射电望远镜。它是固定的，装于波多黎各岛的山谷中，表面用金属线网铺织而成，移动悬挂于其上空的馈源可改变波束指向，并依靠地球自转来扫过360°星空。

上述天线一般具有圆对称的针状波束（图2a）。反射面天线也能形成非圆对称的波束，如图2b的扇形波束和图2c的赋形波束。后者在垂直平面上扇形范围内的功率方向图为P(θ)=P0csc2θ(式中θ为仰角)，故称此赋形波束为余割平方波束。对空监视雷达和空对地搜索雷达常采用这种波束，以使等高目标的回波信号是等强度的。只要非对称地截取旋转抛物面的一部分，便可得到扇形波束。若使抛物面天线口径的垂直尺寸比水平尺寸小（图1e），则可获得垂直宽度比水平宽度宽的扇形波束。若直接修改反射面形状或放置多个馈源，则能产生赋形波束。反射面的水平截线为抛物线而垂直截线修改为一特殊设计的曲线（图1f），可使反射线向高仰角方向散开，从而形成图2c的赋形波束。若水平截线为抛物线而垂直截线设计为圆弧，便构成抛物圆环天线。它结合了抛物面和球形反射面的特点，能产生在一个平面内作宽角扫描的窄波束。当水平截线为抛物线而垂直截线取为直线时，则导出抛物柱面天线（图1g），它能产生不同垂直-水平比的扇形波束。更简单的反射面形式是角形反射器（图1h），它由两块平板反射面以夹角α 相交而成，并常用平行金属棒来代替金属平板，广泛用于分米波和米波波段。当夹角α为90°时，角形反射器能把接收信号沿来波方向反射回去，因此常用三块相互垂直的平板或栅网构成三面体角反射器，用作干扰雷达的假目标。

典型形式是卡塞格伦天线（图3a）。主反射面(较大的反射面)为旋转抛物面，副反射面(较小的反射面)为凸面，经典形式为双曲面。这种系统早在1672年就应用于光学望远镜，它是利用双曲面和抛物面的几何光学特 导出的。图3a中，由双曲面两个焦点F1和F2到双曲面上任意点P的距离之差为常数，即。因抛物面的焦点也在F1，根据抛物面 质有。以上二式相加得。

因此，由F2发出的射线经双曲面和抛物面反射后到达口径平面时其波程为常数，即都具有相同相位。因此双曲面的存在犹如将来自F2处的球面波变换为以F1为中心的球面波，然后经抛物面反射而变换为平面波向外辐射。副反射面起了把实际焦点由F1移至F2的作用，这可使馈源方便地位于主反射面顶点附近，并且无需长的馈线就能与收发设备相连。为分析方便起见，可把副反射面和馈源看成是一个组合馈源，并用放在F1处的虚馈源来等效。另一方面，也可保持原有馈源不变，而将主、副反射面用单个抛物面来等效，这个等效抛物面的直径与原来的相同，但焦距增大到Mf，M＝(e+1)/(e-1)，称为放大倍数，其中e为双曲副反射面的离心率。这样，抛物面天线的原理和公式，原则上都可应用于双反射面天线。为提高天线的效率，还可修改副反射面形状使主反射面口径场等幅分布，同时也相应修改主反射面形状以保证口径场同相。

图3b为双反射面天线的另一典型形式，1663年首先用于光学望远镜中，称为格雷果里系统。其主反射面也是旋转抛物面，但副反射面为凹面，经典形式是椭球面。椭球面的两个焦点为F1和F2，由F2发出的球面波经椭球面反射后将变换为中心在F1的球面波，再经过抛物面反射形成平面波。

这两种双反射面系统都有偏置形式（图3c）。1982年用偏置形式的改形卡塞格伦天线获得了当时很高的反射面天线效率，实测值达0.85。图3d的双反射面结构采用偏焦轴的抛物面，但具有轴对称形式；图3e为采用球形表面作主反射面的双反射面天线。另一种双反射面系统（第二个反射面作用不同）如图3f，称为潜望镜天线。在微波中继通信中常常需要把天线安装到几十米高的铁塔上。利用这一结构只需把平板反射面架到高塔上，而抛物面及其馈源仍装在地面附近。

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