[科普中国]-抛物面反射器

氙灯反射器

抛物面反射器是一种较为理想的氙灯反射器。将氙灯光源置于抛物面反射器焦点位置时，大部分反射光束平行于光轴，这样经反射器反射后，可以获得较小发散角的反射光束，进而得到较高的照射功率密度，因此，选择抛物面反射器作为氙灯反射器。一个好的反射器，首要的就是尽可能多地收集光源辐射能量并将其投射到远场。通常，反射器收集光源辐射能量的能力与光源在反射器中的包容角有关，反射器包容角越大，则光源利用率越高，投射到远场的能量也就越高。对于抛物面反射器，由于受到抛物面反射器深度和焦距的限制，反射器只能反射集中在包容角内的辐射能量而形成有效辐射光束，其余辐射能量直接射出。抛物面反射器包容角与反射器的焦距、口径及中心孔直径有关。文献1根据抛物面反射器的特点，分析了反射器焦距、口径、轴向离焦等与反射器包容角的关系，同时还分析了轴向离焦对反射器包容角、全发光距离的影响，设计了一个口径D=140 rnm、中心孔直径d=28mm、焦距f=15．65mm的氙灯抛物面反射器，经过测试，该反射器可以得到发散角优于1度的氙灯光束，同时，根据对抛物面反射镜离焦的分析结果可知，为了增加反射器的包容角提高光源利用率，可将光源置于反射器焦前位置，但同时全发光距离变短。因此，在实际使用中，需要综合考虑离焦位置，以便获得更好的效果。

误差分析实际的反射面总不能与理论反射面完全一致，而有一定的误差。进行反射体设计时，应当规定以合理的制造误差，限制误差在某一范围内，如果公差定得太小，就会造成结构笨重，制造困难；公差定得过大，电性能变坏。因此，需要研究表面误差对反射器性能的影响。表面粗糙度是零件表面加工后形成的有较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹。表面粗糙度参数值的大小对零件的使用性能和寿命有直接影响。理想情况，馈源的相位中心应与焦点完全重合，但实际上总存在一定偏差，这是由于馈源支架的变形和馈源安装不准确造成的。在射频目标仿真中，影响导引头跟踪误差主要有目标模拟器的机械运动和抛物面反射器的机械误差(包括表面误差和馈源支架的安装与变形误差)。其中抛物面反射器的机械误差主要影响相位。文献2分析了各种误差之间的关系，并根据工程设计需要建立了机械误差与相位关系的数学模型。

相关专利发明专利3公开了一种基于超材料的紧凑平面结构抛物面反射器天线的设计方法，它包括以下步骤：运用变换电磁学原理设计出具有平面边界的馈源单元；采用平面结构的抛物面反射器替代常规曲面结构的抛物面反射器作为反射器天线的反射面；将平面反射器与馈源单元组合设计成为紧凑的平面反射器天线。本发明反射面采用平面反射器，其反射特性与常规抛物面反射器等效；所设计的馈源单元本身对射线是“透明”的，即对射线不产生遮挡，而置于其中的馈源由于超材料产生的虚拟位移作用，其辐射特性等效于馈源置于距离反射面较远处产生的辐射特性；该反射器天线中反射器与馈源单元组合在一起形成紧凑型结构，避免了常规反射器天线中反射面与馈源分离的现象。