高频单极化非电调板状天线（用反转阿摩司天线做线馈源的抛物柱面反射器天线）

用反转阿摩司天线做线馈源的抛物柱面反射器天线引言本文将尽力以平面反射板的阵列天线来检查抛物柱面天线最佳效率参数。

在文章[参考书目 1]中解释过，抛物线绕其轴线旋转就形成了抛物面，不同类 型的抛物面反射镜实际是切割抛物面不同部位而成的。

另一种类型的抛物面反射器是一根抛物线沿着垂直于抛物线所在平面的直线

做平行移动而形成的，因为焦点也沿着这条线移动，就形成了一条焦点线。 因此，对这种抛物柱面反射器，我们必须用线状馈源。 这种类型的反射面需要特别的线馈源以获得良好的照射效率。

图 1：线馈源及抛物柱面反射器（a）和点馈源及抛物面反射器（b）

反转阿摩司天线做馈源

我决定用反转阿摩司天线做抛物柱面反射器的馈源，因为它特有的共线结构十

分符合典型的最佳线状馈源的要求。完全可以利用反转阿摩司天线不同数量的振 子，不同的振子长度，得到一些灵活的用于抛物柱面反射器天线的照射器的分析 报告。

通常，抛物面反射器在抛物线的轴线附近照射效果最佳，然后逐渐变弱，抛 物反射面边缘的能量密度和中心能量密度的比率，大约为-10dB。

图 2：不同照射锥削的抛物面反射器孔径面效率

（ -10dB 照射锥削角θ-10Db/张角θ）

但是没有料到，照射锥削稍低于大约-10dB 时，增加了溢出和天线后瓣。高后

瓣使天线的效率降低。

另一方面，照射锥削高于-10dB 时效率降低（起因于抛物面表面低照度）。从

某种意义说，低旁瓣是重要的。比如，在射电天文学为了换取低噪声温度的天线 效率，明智地使用了高照射锥削。

照射锥削相当于 2 项衰减的总和：馈源的方向性和空间衰减。第一项，抛物面

表面的照射强度不同，它的辐射图主波束增益最大，旁边增益低。第二项，距离 也引起抛物面表面的照射强度不同，抛物面反射器边缘比焦点或焦点线所在的反 射器中央距离远，损耗也就大。

抛物柱面反射器用线馈源比用点馈源带来的问题要小很多，不同的只是空间衰

减和旁瓣问题。

对抛物柱面反射器和线馈源来说，其空间衰减值和抛物平面对于旋转抛物面反

射器的功效相同，可以从图 3 看出。

但是，线平面的值必须减半，因为线馈源衰减因子的值是点馈源的平方根[参

考书目 3, 4]。

图 3：二分之一张角θ时的空间衰减因为其共线设计的原因，抛物柱面反射器表面和反转阿摩司天线馈源的 E 和 H

方向图非常不同。请看图 4 和图 5 。

据此，必须改造抛物柱面反射器表面使之适合这些方向图，以便获得最佳照射

效率。

如果我们用反转阿摩司天线，那么它的 E 平面是水平的，H 平面是垂直的。则

抛物柱面反射面必须非常狭窄而且很高，才能适合狭窄的水平方向图和宽阔的垂 直方向图。

问题产生了：必须要多宽、多高？反射面的高度必须根据恰当的照射锥削（大约-10dB）来选择，与通常的旋转 型抛物线类似。 但问题是，我们必须根据线馈源选择反射面的宽度，而线馈源和通常的点馈

源是完全不同的。

图 4 ：不同数目振子（3、5、7、9 振子）的反转阿摩司天线的 H 平面方向图。

图 5 ：不同数目振子（3、5、7、9 振子）的反转阿摩司天线的 E 平面方向图。

图 6：短线馈源（3 振子反转阿摩司天线）照射标准抛物面反射器。

图 7：短线馈源（3 振子反转阿摩司天线）照射抛物柱面反射器线馈源应该多长如果我们凭经验按照-10dB 选择口径面的宽度以及高度，我们可以得到比馈源

还要狭窄的抛物面，特别是更多振子的更长馈源，其方向图更加狭窄。

另一方面，如果我们选择短一些的馈源，比如 3 振子的反转阿摩司天线代替 5

振子，则馈源变得和点馈源相似，那么抛物面必须凹下去，以补偿和线馈源的相 位差。

图 8：短线馈源（3 振子反转阿摩司天线）照射标准抛物面（蓝色线表示）和抛物

柱面 2.5×9 波长抛物面（红色线表示）——水平方向图。

图 9：短线馈源（3 振子反转阿摩司天线）照射标准抛物面（蓝色线表示）和抛物

柱面 2.5×9 波长抛物面（红色线表示）——垂直方向图。

图 10：长线馈源（5 振子反转阿摩司天线）照射标准抛物面（蓝色线表示）和抛

物柱面 2.5×9 波长抛物面（红色线表示）——水平方向图。

图 11：长线馈源（5 振子反转阿摩司天线）照射标准抛物面（蓝色线表示）和抛

物柱面 2.5×9 波长抛物面（红色线表示）——水平方向图。

图 8 和图 9 清楚地显示出，同样的反转阿摩司天线用于两种不同类型的反射器，

第一种是标准抛物面反射器，第二种是抛物柱面反射器。尺寸和焦距都相同。 从图中明显看出，标准抛物面反射器用它的曲度补偿了一些（因不很理想—

太短的线馈源产生的）水平相位差错。

用 5 振子长线馈源显示，没有太多的相位误差，请看图 10 和图 11 。但由于

更高的溢出，长线馈源产生了更高的旁瓣和后瓣。尽管如此，使用相同的长线馈 源，抛物柱面反射器比标准抛物面反射器取得了高于 1dB 的增益。

更多振子的反转阿摩司天线馈源，如 7 振子或 9 振子，更接近真正的线馈源，

但是其水平方向图变得非常狭窄，需要更加狭长的抛物面才能获得高增益。

这样看来，3 振子和 5 振子反转阿摩司天线在下面两点之间是更好的折中选择：1、尽量短的馈源以保证足够的馈电辐射图以及2、尽量长的馈源以更近似线形馈源。

图 12、各种不同的反射器高度下抛物柱面反射器的效率，两种常数宽度和不同线

馈源。

抛物柱面要多高？首先，我要考察一下，最佳照度时抛物柱面要多高。这实验我决定用 5 振子反

转阿摩司反射器同样的宽度或稍小于它，也就是 3.3λ 宽。

其次，用 3 振子馈源实验，它的反射器是 1.55λ 宽。

用 4.32λ 固定焦距，口径面 3.5 和 2.5λ ，面高度从 5.5 至 11 λ 改变，监 测天线增益 G 。结果增益 Go 相同，有效照射 100%，表面面积：Go = 4×PI×A ， 这里 A 是平方波长时抛物面表面面积的横截面（孔径面）。这样我们就得到了照射 效率和天线增益的比率：Eff= G/Go，其中 G 是大多数天线的增益，而非 dB。 Results are given on diagram on Fig. 12.

图 12 的方向图给出了结果。分析结果显示，我们用改变表面高度来改变照射锥削，得到了预期的照射效率，

它和平常的旋转抛物面反射器相似。

唯一的例外是，非常小的反射器高度（相当于非常低的照射锥削）只带来很小

量的效率增加。

图 13：不同的反射器宽度时抛物柱面反射器的效率，两个常量高度和 3 振子反转 阿摩司天线线馈源抛物柱面应当多宽？关于口径面宽度的研究我们已经做过了。用 4.32λ 固定焦距，口径面的高度

选择以前的实验中给出的一些照射效率峰值，我改变反射器的宽度从 1 到 5λ ， 测试天线的增益。

图 13 和图 14 给出结果。

正如在方向图看到的一样，这里又一次出现了一些不常见的现象——在非常低

的照射锥削时，效率只有很小的增长。

图 14：不同的反射器宽度时抛物柱面反射器的效率，两个常量高度和 5 振子反转 阿摩司天线线馈源结果分析报告对比抛物柱面反射器和标准旋转抛物面反射器的照射锥削效率，结果非常有

趣。

抛物柱面的高度的表现与旋转抛物面直径非常类似。天线效率在最适宜的照射

锥削（在溢出增加和由于反射器边缘照射不足引起照射效率减少之间取折中值） 时有宽峰出现，

图 15：不同反射器高度时抛物柱面反射器的半张角

图 16：不同反射器宽度时抛物柱面反射器的半张角效率峰值发生在馈源照射锥削大约-5 至-9dB 时，伴随更多的空间衰减。5 振子馈源的最佳天线效率（8 波长高、1.5 波长宽的抛物柱面，4.32 波长的

焦距）相当于-6 至-7dB 照射锥削。

3 振子的短线馈源也取得类似结果，最佳照射效率是在反射面高 10 λ 宽 2.5

λ ，相当于-5 至-9dB 照射锥削之时。

这和我们用标准旋转抛物面照射锥削的带宽在-6dB 和-12dB 之间时获得最佳

效率非常相似。

旋转结构的反射器由于其径向对称，从未超出这个规则之外。但是圆柱结构的

反射器表现稍有不同，在低照射锥削角度时，出现了偏离这个规则的现象。

表 1 。不同馈源和不同高度的抛物柱面反射器的照射锥削

Height （高度）	Half Sub. Angle （半张角）	Space Attenuation （空间衰减）	nv. Amos 3 Illumination Taper （3 振子反转阿摩司天线 照射锥削）	Inv. Amos 5 Illumination Taper （5 振子反转阿摩司天线 照射锥削）
Λ （波长）	[degrees] （度）	[dB]	[dB]	[dB]
6	38	-1.1	-3.5	-4
8	49	-1.9	-6.5	-7
10	60	-2.7	-9	-10

表 2 。不同馈源和不同宽度的抛物柱面反射器的照射锥削

Width （宽度）	Half Sub. Angle （半张角）	Space Attenuation （空间衰减）	Inv. Amos 3 Illumination Taper （3 振子反转阿摩司天线 照射锥削）	Inv. Amos 5 Illumination Taper （5 振子反转阿摩司天线 照射锥削）
Λ （波长）	[degrees] （度）	[dB]	[dB]	[dB]
1.5	10	-0.1	-2	-6
2.5	16	-0.15	-5	-12
3.5	22	-0.2	-10	-10

这种违背规律的案例可以用来制作同类照射效率的不同尺寸的天线。 这给了我信心，用小巧的反射器也就是低照射锥削的反射器获得类似的照射锥削，是完全可能的。我决定依据我在抛物柱面反射器尺寸上得到的结果，试试 2.5×6 波长的反射器的长线馈源，正如我所预料的，我获得了非常类似的照射锥削，宽度非常小但口径面相当低（又窄又高）。不同的是照射效率低于 1%。见图 14.它说明，天线的高度、宽度和馈源类型可以任意选择图 12，13 和 14 中任何“峰值”，制作的天线依然取得很高的效率。使我们在制作抛物柱面反射器时考虑尺寸 和高宽比有了更大的灵活性。这雄辩地说明，这种馈源用于抛物柱面反射器，比 使用点馈源的标准旋转抛物面反射器，其天线效率只是低一点点。结论 根据目前的分析报告可以断定，共线的 3 和 5 振子反转阿摩司天线可以成功地用作抛物柱面反射器的线馈源。 相比标准旋转抛物面反射器，这些各种照射锥削下的效率背离，可以被用于制作不同高度和宽度比率的抛物柱面反射器，而不会损失多大的天线效率。它显 示，灵活的口径面高宽比依然保持了天线的高效率。 这说明，不同照射锥削的恰当的偏差，保持了天线的高效率。制作抛物柱面比制作传统的旋转抛物面要容易得多，这在 UHF/SHF 频段给了我们很好的机遇。

Reference

参考书目

1. 3D corner reflector feed antenna for 5.8 GHz, antenneX Issue No. 126 ¨C Oct. 2007.

2. Inverted Amos Antenna, antenneX Issue No. 130 ¨C February 2008.

3. H. Jasik: Antenna Engineering Handbook, McGraw-Hill Book Company 1961.

4. J. D. Kraus: Antennas, McGraw-Hill Book Company 1950.

BRIEF BIOGRAPHY OF THE AUTHOR

作者简介

Dragoslav Dobričić, YU1AW, is a retired electronic engineer and worked

for 40 years in Radio Television Belgrade on installing, maintaining and servicing radio and television transmitters, microwave links, TV and FM repeaters and antennas. At the end of his

career, he mostly worked on various projects for power amplifiers, RF filters and multiplexers, communications systems and VHF and UHF antennas.

For over 40 years, Dragan has published articles with different original constructions of power amplifiers, low noise preamplifiers, antennas for HF, VHF, UHF and SHF bands. He has been a licensed Ham radio since 1964. Married and has two grown up children, a son and a daughter.

Dragoslav Dobričić, YU1AW 先生是贝尔格莱德无线电视台一位退休无线电

视工程师，他在电视台做了 40 年无线电发射机、微波线路、电视和调频中继以及 天线的安装、调试、维修工作。在他职业生涯的最后阶段，他主要从事各种放大 器、高频滤波器、多路复用器、通信系统和特高频、超高频天线的规划。 四十年来，Dragan 出版了多版本的 HF、VHF、和 SHF 频段的功率放大器、低噪音 前置放大器的著作。1964 年他获得业余无线电许可证。已婚，一子一女已成年。

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