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卡塞格伦反射面天线

发布时间:2019-06-29 02:47 来源:未知 编辑:admin

  主要内容及要求:一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构 二、卡塞格伦天线的分析方法 三、卡塞格伦天线的增益 四、影响反射面天线方向性的因素 五、赋形波束反射面天线 六、其它型式的双反射面天线、天线(抛物面天线——双反射面)卡塞格伦天线 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性 馈源馈源 馈源 馈源 与抛物面天线相比,卡塞格伦天线)以较短的纵向尺寸实现了长焦距抛物面天线的 口径场分布,因而具有高增益,锐波束; (2)由于馈源后馈,缩短了馈线长度,减少了由传 输线)设计时自由度多,可以灵活地选取主反射面、 反射面形状,对波束赋形。 卡塞格伦天线存在着如下缺点:卡塞格伦天线的 副反射面的边缘绕射效应较大,容易引起主面口径 场分布的畸变,副面的遮挡也会使方向图变形。 卡塞格伦天线由主反射面(抛物锥面),副反射面(双曲锥面)和馈源三部分组成。馈源发出的球面 波被双曲面反射后再投射到抛物面上,从而在抛物 面口径上形成同相场分布 点的运动轨迹为双曲线。 为双曲线的焦点。F’P-FP=2a 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性 10 双曲线卡塞格伦天线的几何性质 在双曲线上任一点P作一条切线,它把 F’PF平分,即: 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性12 将馈源放在双曲线的实焦点处,用它来照射双曲 面,根据上述的双曲线几 何性质,可得双曲面的光 学性质: 处发出的射线经双曲面上任一点P反射,反射 线的延长线肯定通过双曲 线从馈源发出的射线经双曲副反射面反射,再经抛物主反射面反 射后,到达过焦点与对称轴垂直的平面所经过的路程是一常数。 卡塞格伦天线的等相位面 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性 双曲面口径边缘对焦点F’的半张角q 双曲面顶点到焦点F的距离L 抛物面口径对虚焦点F的半张角Y 15七个参量之间的关系 放大率M的定义为:等效抛物面法是假定馈源,馈源位臵,以及主 反射面口径尺寸都不变时,用等效的抛物面天线 来代替原来有两次反射的卡塞格伦天线,并使二 者有相同的电性能。 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性 18 1.等效抛物面法 Ds19 偏心率e愈小,M愈大。通常 所以等效抛物面是一个长焦距 抛物面。 二、卡塞格伦天线 证实卡塞格伦天线 和等效抛物面天线 的口径场分布是完 全相同的。 用射线管的概念说明它们的口径场分布是相同的。 二、卡塞格伦天线虚馈源法 用相位中心臵于虚 焦点的等效馈源(虚馈 源)取代卡塞格伦天线 的馈源(实馈源)和副 反射面,把卡塞格伦天 线简化为口径相同焦径 比也相同的普通抛物面 天线进行定量分析。 二、卡塞格伦天线 卡塞格伦天线的口径场分布由下述三个因素决定: 1、实馈源的方向图; 2、副反射面反射时,在反射点能量射线 管张角的改变,各点的不同 3、从馈源到副反射面而后到主反射面的 路程上,电磁波传播存在着空间衰减。 根据通过射线管横截面能量守恒定理,在 双曲面处,对于线极化的电磁波有: 二、卡塞格伦天线 虚馈源法 分别是实、虚馈源的归一化方向图函数二、卡塞格伦天线的分析方法 副反射面的作用是把原抛物面口径场从口径中心向边缘加强,使天线口径场分布比普通抛物面 天线要均匀,如果将空间衰减因子考虑进去,则 主反射面口径场幅度分布可表示成 二、卡塞格伦天线 表示由实馈源辐射电磁波幅度分布变换为主反射面口径场幅度分布的变换函数 则主反射面口径场幅度分 布可表示成 二、卡塞格伦天线 卡塞格伦天线的馈源可以臵于主反射面顶点附近,降低了 系统的噪声温度。 馈源是向主反射面前方辐射,即漏失方向指向冷空( ),降低了天线的噪声温度。 卡塞格伦天线的纵向尺寸大大缩小,因此结构紧凑,机械性 三、卡塞格伦天线 影响卡塞格伦天线增益的因素: 付反射面天线的截获效率 主反射面天线的截获效率 口径递减效率 a)付反射面及支撑杆的遮挡效率b)付反射面对主反射面反射波产生遮挡 c)馈源对副反射面反射波产生遮挡 交叉极化效率 反射面制造公差 馈源相位偏差 安装公差 热损耗 三、卡塞格伦天线、付反射面天线的截获效率定义为透射到副反射面的功率 与馈源喇叭的辐射功率之比 2、主反射面天线的截获效率是由副反射面绕射引起的,由称绕射效率,透射到主反射面的功率与副反射面的辐 射功率之比。 三、卡塞格伦天线、付反射面的绕射损耗 副反射面产生的散射 场能量就不会全部被主反 射面截获,形成主反射面 的遗漏。因此,主反射面 的截获效率是由副反射面 又称绕射效率。三、卡塞格伦天线的增益 卡塞格伦天线、口径递减效率 三、卡塞格伦天线 0.998 0.83 九喇叭中心多模 0.879 0.987 0.868 角锥喇叭 0.7 0.98 0.685 多模角锥喇叭 0.828 0.998 0.827 四喇叭 0.576 0.98 0.567 喇叭模式 10 TE 31 4、卡塞格伦天线的遮挡效率 一、付反射面对主反射面的遮挡 ,副反射面对主反射 面的反射波产生遮挡 二、馈源对副反射面的反射波产生遮挡 bsbt 三、卡塞格伦天线、交叉极化效率塞格伦天线的交叉 辐射来自馈源和副反射面的曲率。 6、反射面制造公差 7、馈源相位偏差 、馈源喇叭口径上通常带有平方律 相位偏差,它会导致副反射面截获效 率降低。 337、馈源相位偏差 、馈源喇叭口径上通 常带有平方律相位偏差 ,它会导致副反射面截 获效率降低。 、馈源的相位中心和 双曲面的实焦点不重和 ,导致反射面口径上出 现平方律相位偏差。 、馈源本身没有固定 的相位中心,只能通过 测量相位方向图来近似 得到; 三、卡塞格伦天线的增益 馈源纵向的移位 馈源横向的移位 348、天线各部件安装公差造成增益损失; 9、天线热损耗; 卡塞格伦天线引起增益损失的各个效率因子是 三、卡塞格伦天线的增益例:设计一卫星系统的卡塞格伦天线MHz 反射面半张角,抛物面主反射器半张角 增益系数g=0.5设主反射面口径为D; 抛物面焦距f; 副反射面的直径d 双曲面焦距为fc 副反射面边缘电平; 离心率e 抛物面焦距f;副反射面的直径d 副反射面的直径36 三、卡塞格伦天线的增益副反射面边缘电平-10dB 离心率e双曲面焦距为fc 37天线口径 工作频段 频率GHz 波束宽(度) 增益dB 4.5m C/KU 14.482 0.297 54.8 12.749 0.34 53.5 4.1985 1.05 44.16 6.0915 0.73 47.5 0.6m KU 12.25 2.9 35.12 12.5 2.64 35.64 12.75 2.613 35.7 14 2.47 36.9 13m 6.01050.238 57 3.88 0.378 53.26 5m 6.350.6 48.32 3.627 1.06 44.4 4.2 0.93 45.37 不同频段不同直径卡塞格伦天线 赋形卡塞格伦天线原理 图(a)说明赋形前后射线路径的变化。虚线是标准的双曲 面和抛物面,射线;赋形后的主副反射面形状用实 线,到达口径面上B点,说明原来集中在 抛物面中央区域的能量会向边缘扩散,改善了口径场振幅分 布的均匀程度。 四、赋形波束反射面天线、反射定理 四、赋形波束反射面天线三种实际天线的电参数比较 天线形式 旋转抛物面天线 卡塞格伦天线 改型卡塞格伦天线 用途 无线电测高仪 机载微波辐射仪 卫星通信地面站 工作频段MHz 5700~5900 9250~9450 5925~6425 反射面尺寸CM 63 主面直径80 副面直径15 主面直径1000 副面直径910 馈源 角锥喇叭 波纹喇叭 变张角多模喇叭 增益系数 dB 28.5 34.5 53(6175)50.5(3950) 增益效率 0.48 0.54 0.78 波瓣宽度度 H面5.5度 2.47度 0.43度 E面5.9度 2.4度 0.45度 副瓣电平 dB -15 -16 -15 驻波比 1.3 1.2 1.5 41 1、偏臵反射面天线优点: 大大地降低了反射面对馈源的影响;缺点: 采用一般的线极化馈源时,在偏臵反射面的绕射场中会产生交叉极化分量 五、其它型式的反射面天线米偏置反射面天线 五、其它型式的反射面天线、双重偏臵反射面天线 开式卡塞格伦天线。 双重偏臵反射面天线。 偏臵格里高利天线、多波束天线(MBA) 在标准抛物面天线上使用两个偏臵馈源 采用双馈源反射面天线 采用抛物圆环反射面天线 五、其它型式的反射面天线 主反射面馈源 副反射面 偏置卡塞格伦天线、环焦天线又称为焦轴 偏移轴对称双反射面天线 ,这种天线的焦点轨迹是 一个圆。用这种天线可以 减小上述的馈源遮挡和副 反射面遮挡损失 消除了副反射面对馈源的反作用。 (2)主反射面的反射波不会照射 到副反射面上。 (3)用椭圆面作副反射面时,减 小了主反射面口径场分布的不 均匀性,提高了口径效率。 五、其它型式的反射面天线 五、其它型式的反射面天线 五、其它型式的反射面天线 五、其它型式的反射面天线米电 机跟踪天 线 五、其它型式的反射面天线米天线 在雷达和导航技术中,为了容易发现目标,常常要求在保持一 个主平面有尖锐方向图的同时加宽另一个主平面的方向图,即 希望得到扇形方向图。 抛物柱面天线 切割抛物面天线 五、其它型式的反射面天线 如果一个馈源能在两个频段上工作,则可以产生两个工 作于不同频段上的波束。图为一个C/Ku双频段(4GHz/12GHz) 馈源结构示意图, 多频段天线 五、其它型式的反射面天线.反射面天线.辐射球面波的馈源必须有一个确定的相位中心。 2.馈源的方向图最好只有一个主瓣,没有旁瓣和后瓣。 3.馈源方向图应该是旋转对称的,馈源的照射使反射面 边缘照射电平约为-10dB。 4.馈源的尺寸应尽量小以减少对反射面的遮挡 5.馈源的交叉极化分量要小,一般低于-30dB。 6.馈源在给定的工作频带内应与馈线有良好的匹配 五、其它型式的反射面天线 天馈单元原理图 跟踪器 极化调整 正交器 俯仰关节 双工器 方位双通道关节 双工器 组合网络 跟踪信号 发频信号 跟踪54 55 56 卫星地球站的跟踪系统 1、手动跟踪 2、自动跟踪 一、步进跟踪系统 步进跟踪是从幅度遥感中导出误差信号 二、单脉冲跟踪技术 在单脉冲技术中,由于同时扫列接收到的信标, 导出驱动天线系统的误差。 三、智能跟踪 用最佳控制技术计算卫星位臵,用一部不太昂 贵的微机执行相当复杂的计算。 57 地球站的跟踪系统 常用跟踪技术的优缺点 跟踪技术 优点 缺点 应用 步进跟踪 设计简单,低价位;只要 求一个RF信道,射频相位 稳定度不重要; 跟踪精度低;相应时 间慢;信号幅度波动, 对跟踪精度有影响 低价位、简单 地球站;船用 地球站 单脉冲跟踪 技术 馈源中没有机械活动部分 ,维护工作很少;跟踪精 度高;响应速度快 要求有两个信道的相 关接收机;要求有良 好的射频相位稳定度 ,昂贵,馈源系统大而 复杂 大型地球站; 地球站要求能 准确跟踪非静 止轨道卫星时 智能跟踪步进跟踪系统的所有优点 ;高跟踪精度;能对抗信 标的幅度波动 相应时间慢;最初搜 索时对幅度的波动敏 感;搜索几个小时后 才能达到高精度跟踪 中、小型地球 站;地球站对 信标幅度起伏 和衰减敏感 58 39所修正16米反射面天线技术参数 指标 技术要求 工作频率 发射:5.850~6.425GHz接收:3.625~4.2GHz 天线dB 天线副瓣电平 发射、接收-14dB 天线K, 极化方式 收、发;双圆/双线极化 线圆极化转换:手动/电动 馈源插入损耗 接收支路 0.25dB,max 发射支路 0.25dB,max 驻波比 圆极化VSWR

  1.06:1 端口收发隔离度 80db 晴天、微风、仰角10度,在整个接收频段内任意频率上满足:g/t27+20lgf/4 db 旁瓣及包络特性天线dbi,包络满足国际卫星组织入网使用条件 线交叉极化隔离度 轴向:35db,主波束-1db范围内33db 天线度/s 天线度 跟踪方式 对圆极化、线极化信标均能手动跟踪、单脉冲自动跟踪和计算机引导跟踪 捕星方式 手动捕星和计算机引导自动捕星 限位收藏锁定功能 天线应具有可靠的预限位功能和电(程序)限位能力,限位应告警 天线 大型反射面天线m阿利西波碟形天线。馈源结构由三座塔用缆绳吊装,借移动馈源来控制波束,以观测天顶至20角的范围。在偏离天顶时只利用了部分 反射镜,会导致口径效率的降低 62 63 s频段统一测控系统12米天线系统 s频段统一测控系统10米天线米ku卫星通信地球站 7.3米卫星通信地球站 65 66 50m口径射电望远镜3 50m口径射电望远镜是中国电子科技 集团公司第五十四研究所研制的目前 亚洲最大口径的抛物面全动天线。工 作在vhf、uhf、l、s、x、ku频 段,通过馈源切换装置实现自动换馈。 馈源相位中心位置可根据天线仰角的 变化进行自动调整,使馈源相位中心 与天线焦点重合,降低天线m天线为前馈式标准抛 物面,系统主要由天线面、轮轨式座 架、馈源房、馈源网络、伺服控制系 统等组成。天线 小结: 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构 二、卡塞格伦天线的分析方法 三、卡塞格伦天线的增益 四、赋形波束反射面天线 五、其它型式的双反射面天线卡塞格伦天线由________,_______,______三部分组成。 2、卡塞格伦天线的主反射面为_________。分析性能时,可 以采用_______方法和________方法。 3、影响卡塞格伦天线增益的因素主要有_________, _________,_______。其增益因子通常为_______。 4、偏置反射面天线的最大的优点为______。 思考题: 71 汇报完毕 请各位专家指正 谢谢!

  2。主要内容及要求: 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构 二、卡塞格伦天线的分析方法 三、卡塞格伦天线的增益 四、影响反射面天线方向性的因素 五、赋形波束反射面天线 六、其它型式的双反射面天线。远望六号测量船。一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性。1、天线(抛物面天线——双反射面)。卡塞格伦天线。两类常见的反射面天线。馈源。馈源。副双 反曲 射面 面。抛物面天线。卡塞格伦天线;

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