反射面天线工作原理_增益计算公式_应用特点

高增益天线是长距离无线电通信、射电天文、高分辨率雷达等所必需的器件，目前最常用的高增益天线是反射面天线，因为它们可以轻松获得高于30dB的增益，用于高频和微波频率。

因此，为许多应用设计反射器可以通过塑造反射器表面和对其孔径进行照明优化来增加增益，从而在复杂的分析和实验技术开发方面取得惊人的进展。在本文中，小编主要介绍反射器天线原理及相关应用。

反射面天线定义

反射面天线可以定义为，设计用于反射来自单独源的入射电磁信号的天线。该天线主要设计用于在高微波频率下工作。由于其重量轻且结构简单，它在航天器天线系统中最受欢迎。

反射面天线由各种表面为双曲线、抛物线、椭球体或椭球体的反射器制成。因此，抛物面天线是最常用的天线。反射面天线图如下所示：

反射面天线工作原理

反射面天线的工作原理是在高微波频率范围内工作。该频率的电磁波表现为光波，因此，该光波一旦撞击表面就会被反射。然而，这种天线是反射面和馈电元件的组合，这意味着需要使用带有天线元件的反射面来激励反射元件。因此它由主动元件和被动元件组成。

用于提供激励的天线称为有源元件，而通过有源元件再次辐射发射能量的天线称为无源元件或反射表面。因此，有源元件是馈源，而无源元件是反射器。

一般来说，反射面天线在无线电波传播中起着至关重要的作用，因为它改变了辐射元件的辐射方向图。这些天线的工作方式是将馈送能量引导至位于合适位置的反射表面。进一步获得能量后，反射器将其引导到精确的方向。

需要注意的是，具有高增益的天线在微波频率下工作并且具有提供优选方向性的小物理尺寸。尽管提供了多种几何配置，但仍存在一些形成天线反射表面的流行形式。因此在此基础上进一步对反射面天线进行分类。

反射面天线增益计算公式

反射面天线的增益可以使用以下公式来计算：

反射面天线增益 (G) = η * A / λ²

其中：

• G是反射面天线的增益（通常以分贝dB表示）。
• η是天线的效率，即能量从发射源或接收源进入天线并被辐射出来的比例。通常以百分比表示，然后转换为小数。
• A是反射面天线的有效口径面积，通常以平方米（m²）表示。
• λ是操作频率的波长，通常以米（m）表示。

这个公式基于反射面天线的理想性能，考虑到效率和有效口径面积。增益通常以分贝为单位，以表示相对于一个理想点源天线的性能。在实际应用中，需要确保天线的设计和制造尽可能接近理想，以获得更高的增益。

注意：天线的增益与其工作频率有关，因此在不同频率下，天线的增益也会不同。如果您要计算特定频率下的增益，需要使用相应的频率值λ。

反射面天线类型

反射面天线分为不同类型，例如棒状、平面、角形、圆柱形、球形和抛物面形，下面讨论每种类型。

1、平面反射面

平面反射面天线包括主天线和反射表面，其对于在优选方向上发射电磁能量非常有用，但对于在前向内准直能量是不可行的。该反射器也称为平板反射器，它被认为是将电磁波引导到合适方向的简单反射器之一。

在该天线中，平面金属片布置在距馈电点特定距离处。对于向内的无线电波，它充当平面镜并允许它们在整个镜面中经历反射。平面反射器难以准直前向内的总能量。因此，为了处理系统的图案特性、阻抗、方向性和增益，需要使用有源元件的偏振及其在反射面周围的位置。

2、角反射面

角反射器天线包括至少两个或三个相互交叉的导电平坦表面。因此，在这种类型的天线中，馈电元件要么是偶极子，要么是共线偶极子的集合。角反射器型天线主要用于实现前向电磁能量的准直。因此用于抑制侧向和向后方向的辐射。

该反射器是平面反射器的改进版本，可在前向显示最大辐射。大多数情况下，通过组合两个水平板形成角来修改平面反射器形状。它们用于提高电磁能量向前方向的引导能力，以降低背向反射波的增益。

3、圆柱形反射面

具有圆柱形形状的天线反射器被称为圆柱形反射器。反射器的圆柱形形状可以让您将信号聚焦在天线的表面上。这些反射器广泛用于需要广角垂直覆盖和锐方位波束的地方，例如线源和机载导航天线。

4、球形反射面

球形反射面设计有与圆柱形反射器类似的球面，这意味着这些反射器是球面元件。该天线中反射器的尺寸是球体的二分之一。它们主要用于将来自有源元件的能量准直至前进方向。

5、抛物反射面

利用抛物线特性设计成抛物面结构的一类反射面天线称为抛物面反射器。在该天线中，存在有源元件，其聚焦主轴以沿与主轴平行的方向反射辐射波。

如上图所示，喇叭天线产生的波入射到反射面上。该反射面只是将它们反射以形成平面波前。由于路径和相位差异，这些波在其他方向上被抵消。这样，抛物面反射面天线就由球面波变为平面波。

6、杆状反射面

一种具有杆状反射面的天线被称为杆状反射面天线。八木宇田天线主要采用杆式反射器。该反射器布置在天线内驱动元件后面的特定距离处，并且通常，其长度高于驱动元件长度，即半波偶极子。天线中的反射器仅提供感抗，从而将辐射场向后引导至驱动元件，以减少由于背反射波造成的损耗。因此它有助于提高增益。

优缺点

反射面天线的优点包括以下几方面内容：

• 具有出色的辐射性能。
• 抛物面型天线具有高增益和高方向性。
• 抛物面反射器减少了小波瓣。
• 与其它天线相比，功率浪费相当低。
• 在布置进给元件时提供了灵活性。
• 抛物面反射面可轻松调节光束。

反射器天线的缺点包括以下几点内容：

• 反射面天线需要保持平衡，以避免馈电点受到阻碍。
• 抛物面型天线设计是一个复杂的过程。
• 抛物面反射面天线的表面变形可能发生在非常大的碟形天线中。因此，可以用宽网格代替连续表面来减少这种情况。
• 尺寸相当大，综合成本也很高。
• 为了获得最佳性能结果，馈源应准确放置在抛物面天线的焦点处。这在实践中很难实现。

应用领域

反射面天线的应用包括以下主要方面：

• 广泛应用于卫星通信、雷达、深空遥测、射电天文学和遥感。
• 反射器类型是通信和雷达系统的重要组成部分。
• 广泛应用于点对点通信、遥感、卫星通信、深空遥测和电视信号广播。
• 适用于射电天文学、气象雷达和航天器系统。

总结

以上就是关于反射面天线相关基础知识介绍内容，这些天线被称为微波天线，该天线提供的工作频率范围通常在1MHz以上，因此这些天线被用于无线应用。