拋物面天線

拋物面天線是一種單反射面型天線，利用軸對稱的旋轉拋物面作為主反射面，將饋源置於拋物面的焦點F上，饋源通常採用喇叭天線或喇叭天線陣列，如圖1所示。發射時信號從饋源向拋物面輻射，經拋物面反射後向空中輻射。由於饋源位於拋物面的焦點上，電波經拋物面反射後，沿拋物面法向平行輻射。接收時，經反射面反射後，電波匯聚到饋源，饋源可接收到最大信號能量。 ^[1] 

當導體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產生電場 與磁場。按電磁場在空間的分佈特性，可分為近區，中間區， 遠區。設R為空間一點距導體的距離，在

時的區域稱近區，在該區內的電磁場與導體中電流，電壓有緊密的聯繫。

在

的區域稱為遠區，在該區域內電磁場能離開導體向空間傳播，它的變化相對於導體上的電流電壓就要滯後一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導線上的電流、電壓有直接的聯繫了，這區域的電磁場稱為輻射場。

必須指出，當導線的長度 L 遠小於波長時，輻射很微弱；導線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。

發射天線正是利用輻射場的這種性質，使傳送的信號經過發射天線後能夠充分地向空間輻射。如何使導體成為一個有效輻射體導系統呢？這裏我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射，必須保證兩線結構對稱，線上對應點電流大小和方向相反，且兩線間的距離《π。要使電磁場能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對稱性，如採用把二導體成一定的角度分開，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導體對稱性破壞而產生輻射。

拋物面天線的類型主要有（a）前饋拋物面天線；（b）卡塞格倫天線；（c）格里高利天線；（d）環焦天線 ^[2] 

卡塞格倫天線由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。其中主反射器為旋轉拋物面，副反射面為旋轉雙曲面。在結構上，雙曲面的一個焦點與拋物面的焦點重合，雙曲面焦軸與拋物面的焦軸重合，而輻射源位於雙曲面的另一焦點上。它是由副反射器對輻射源發出的電磁波進行的一次反射，將電磁波反射到主反射器上，然後再經主反射器反射後獲得相應方向的平面波波束，以實現定向發射。 ^[3] 

當輻射器位於旋轉雙曲面的實焦點F1處時，由F1發出的射線經過雙曲面反射後的射線，就相當於由雙曲面的虛焦點直接發射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點相重合，就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。 ^[4] 

卡塞格倫天線相對於拋物面天線來講，它將饋源的輻射方式由拋物面的前饋方式改變為後饋方式，這使天線的結構較為緊湊，製作起來也比較方便。另外卡塞格倫天線可等效為具有長焦距的拋物面天線，而這種長焦距可以使天線從焦點至口面各點的距離接近於常數，因而空間衰耗對饋電器輻射的影響要小，使得卡塞格倫天線的效率比標準拋物面天線要高。

格里高利天線也是一種雙反射面天線，也由主反射面、副反射面及饋源組成。與卡塞格倫天線不同的是，它的副反射面是一個橢球面。饋源置於橢球面的一個焦點F1上，橢球面的另一個焦點F2與主反射面的焦點重合。格里高利天線的許多特性都與卡塞格倫天線相似，不同的是橢球面的焦點是一個實焦點，所有波束都匯聚於這一點。

對衞星通信天線的總要求是在寬頻帶內有較低的旁瓣、較高的口面效率及較高的G/T值，當天線的口面較小時，使用環焦天線能較好地同時滿足這些要求。因此，環焦天線特別適用於VSAT地球站。

環焦天線由主反射面、副反射面和饋源喇叭三部分組成，結構如圖2所示。主反射面為部分旋轉拋物面，副反射面由橢圓弧CB繞主反射面軸線OC旋轉一週構成，饋源喇叭位於旋轉橢球面的一個焦點M上。由饋源輻射的電波經副反射面反射後匯聚於橢球面的另一焦點M’，M’是拋物面OD的焦點，因此，經主反射面反射後的電波平行射出。由於天線是繞機械軸的旋轉體，因此焦點M’構成一個垂直於天線軸的圓環，故稱此天線為環焦天線。環焦天線的設計可消除副反射面對對電波的阻擋，也可基本消除副反射面對饋源喇叭的回射，饋源喇叭和副反射面可設計得很近，這樣有利於在寬頻帶降低天線的旁瓣和駐波比，提高天線效率。缺點是主反射面地利用率低

拋物面天線是由德國物理學家海因裏希.赫茲在他在1887年發現無線電波時發明的。在他歷史性的實驗中他利用圓柱拋物面反射面與火花激勵偶極子天線在焦點處傳輸和接收。

拋物面天線的主要優勢是它的高方向性。它的功能類似於一個探照燈或手電筒反射器，向一個特定的方向匯聚無線電波到狹窄的波束，或從一個特定的方向接收無線電波。拋物面天線有一些最高的收益，也就是説，他們可以生產最窄波束寬度，不論天線的類型。為了實現窄波束寬度，拋物面反射器必須遠遠大於所使用的無線電波的波長，所以拋物面天線是用於高頻無線電頻譜的一部分（UHF和SHF），在這個頻段，波長小到可以使用反射面反射。

拋物面天線用作點對點通信的高增益天線，用於微波轉播環節等，把附近的城市之間的電話和電視信號，無線WAN/ LAN鏈接數據通信、衞星通信和衞星通信天線。他們也用於射電望遠鏡。

使用的其他大型拋物面天線是雷達天線，需要傳輸的窄束無線電波來定位船隻、飛機和導彈等對象。隨着家用衞星電視接收器，拋物面天線已經成為現代國家的共同特徵。

拋物面天線的F/D與饋源的輻射方向角Q的關係

F/D（稱為焦徑比，其中F是拋物面的焦距，D是拋物面在垂直於軸線的面上投影的口徑直徑）與饋源的方向角Q是從屬關係，也就是説只有饋源的方向角確定以後才能確定你所要製作的拋物面天線的直徑及焦距。作為一個業餘愛好者只知道F/D=0.3--0.5是不夠的，如何才能使一條天線與饋源的配套即採用合適的F/D，這個問題很重要，它直接影響天線系統的效率及信噪比等。圖1-1所示Q是饋源所固有的，饋源確定了，Q也就確定了。

製作天線首先要決定饋源，只有饋源的方向角為已知，才能按不同的F/D製作不同直徑的天線，而不應制作好了天線以後才製作饋源，因為這樣一來很難達到理想的效果，必定產生如圖1-2或圖1-3的情況。圖1-2的情況會使地面反射的雜波進入饋源，而且天線邊緣的微波和繞射波也會進入饋源，使得天線接收系統的信噪比減小。圖的情況則會使天線的利用率降低造成人為的浪費而且信號的旁瓣也同時進入了饋源。F/D與Q的關係是：F/D=1/4*Ctg Q/2。

所以先有饋源方向角再根據你所要製作多少直徑的天線而後確定F=D*（1/4*Ctg Q/2），然後根據拋物線方程：X=Y*Y/4F繪製出模。拋物線天線的口徑可用下式計算：

一般的摺合半波振子饋源（帶後反射器）和螺旋饋源的方向角是100度左右