基于偏置抛物面天线结构设计方法的研究

偏置抛物面天线避免了馈源的遮挡损耗，使得天线效率提高，同时也具有结构简单的优点，在现代卫星

抛物面天线的辐射方向具有高定向性，被广泛的应用于卫星通信和地面远距离通信中。目前馈源性能的优化使前馈抛物面天线性能较过去有显著提高，但馈源及其支杆遮挡带来的旁瓣上升和输入电压驻波比过高的问题没有改善，且收发单元装在馈源后面，又带来了结构支撑问题。偏置抛物面天线能够避免抛物面的反射引起的馈源喇叭驻波特性恶化以及馈源系统和支撑结构的阻挡引起的增益下降等问题。

偏置抛物面天线是相对于正馈抛物面天线而言的，正馈抛物面天线为中心聚焦的抛物面天线，正馈抛物面天线为反射面盘面为正圆，馈源位于天线抛物面的焦点，偏置抛物面天线的馈源安装位置不再与天线中心切面垂直且过天线中心的直线上，故不会存在所谓的馈源阴影的影响，在天线面积、加工精度以及接受频率相同的前提下， 偏置抛物面天线的增益大于正馈抛物面天线[1]-[3]。

由于偏置抛物面天线馈源的定位方式即其相位中心必须严格与偏置天线的焦距保持一致且必须对准，常规抛物面天线的最大辐射值落在椭圆形反射面的几何中心，不能够精准的定位馈源，导致了偏置抛物面天线的效率和增益的降低。

本文提出一种偏置抛物面天线结构设计的方法，在限定的物理尺寸下，保证天线具有最大的有效面积， 使得天线的增益等性能有了一定的提高。本文还将对截取的抛物面进行坐标系变换的推导求解。

2. 偏置抛物线结构设计及仿真分析 偏置抛物面天线减少了遮挡面积，提高了抛物面天线的效率和增益。为保证天线的基本参数口面有效面积不变，即保持天线辐射场强度不变的条件下，设天线孔径场为均匀分布时的孔径等效面积。目前传统的偏置抛物面天线设计方法是利用偏置圆形或者椭圆形去切割旋转抛物面天线[4] [5]。

2.1. 偏置圆形切割旋转抛物面 常规设计偏置抛物面天线，如图1 所示，假设旋转抛物面的焦距为f，在抛物面所在坐标系为oxyz坐标系，z 轴为抛物面的旋转轴，其旋转抛物面方程为： 224xyfz+= (2-1) 偏置抛物面天线反射面为圆形切割抛物面，即以焦平面内的圆形为基准的拉伸圆柱与抛物面相交后所截取的部分。

通过圆柱面与旋转抛物面之间的坐标系位置关系， 可以获得所需的反射面。

由图2 所示， 天线结构采用常规方式截取的反射板，在焦平面的投影为圆形。

由于圆柱轴线与z 轴平行，则在抛物面上截取的反射面为椭圆。假设圆柱轴线与z 轴间距为x0，圆柱面直径为D，则圆柱在xoy 平面的投影为圆，其圆方程为： ()22204Dxxy−+= (2-2) 圆柱与旋转抛物面的交线为椭圆，假设其所在的坐标系平面为x y z′ ′ ′ 。设a 为椭圆的短半轴，b 为椭圆的长半轴，则[1]